Автор: Хабигер Э.   Шёнфельд Р.  

Теги: инженерное дело   техника в целом   электроэнергетика   электротехника   электроника   инженерия   электропривод   автоматизация   энергоатомиздат  

Год: 1985

Похожие

Теория автоматизированного электропривода

Автоматизированный электропривод с упругими связями

Электроприводы постоянного тока с вентильными преобразователями

Электропривод. Энергетика электропривода

Текст 
                    

Р. Шенфельд	Щ
Э. Хабигер
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ
ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ
к ________________________
у~	•след-
м но-
про-
ниче-
6S69S6
Перевод с немецкого
Л. С. Антиповой,
кандидатов технических наук
В. Б. Второва и В. М. Шестакова
Под редакцией
доктора технических наук,
профессора Ю. А. БОРЦОВА
!вест-
Эрн-
итета
х по-
изло-
и ав-
а как
этом
с ра-
учет
оцесс
про-
лект-
абота
1ДИКИ
>1 ос-
ения,
при-
эным
щен-
шри-
ч ав-
•1 Mil.-/l t.i ~Mi — г_1НГ1М1ТГ |гтг~г--1 1 Крчьсроисктй |	труд
I горнорудный институт |	сво-
[Й 1 БИБЛИОТЕКА I	гпек- вода, 1тель
Ленинград	иже-
ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ	>пр’и-
Ленинградское отделение	стем
1985
3

I жо
| О
1___
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ
ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ
R ШЕНФЕЛЬД
Э. ХАБИ! ЕР

ББК 31.291
Ш 47
УДК 62—83—52
AUTOMATISIERTE ELEKTROANTRIEBE
PROF. DR.-ING. HABIL. ROLF SCHONFELD
Technische Universitat Dresden
PROF. DR.-ING. HABIL. ERNST HABIGER .
Technische Universitat Dresden
VEB Verlag Technik, Berlin
Шенфельд P., Хабигер Э.
Ш47 Автоматизированные электроприводы: Пер. с нем./Под
ред. Ю. А. Борцова.— Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-
ние, 1985.— 464 с., ил.
В пер.: 2 р. 80 к. 5500 экз.
На основе системного анализа изложены теоретические основы электропри-
вода, подробно рассмотрены математические модели и переходные процессы в ре-
гулируемых электроприводах постоянного и переменного тока. Даны основы ав-
томатизированного проектирования электроприводов как локальных систем
АСУТП и рассмотрены технические требования с позиций помехоустойчивости и
качества динамических систем.
Для инженерно-технических работников, специализирующихся в области ис-
следования, проектирования, наладки в эксплуатации автоматизированных элек-
троприводов.
2302050000—149
Ш 051(01)—85	144-85
ББК 31.291
© VEB Verlag Technik, Berlin, 1981
© Перевод на русский язык. Энергоатомиздат, 1985

ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА
Интерес к автоматизированному электроприводу в послед-
нее десятилетие еще более усилился в связи с появлением но-
вых технических средств автоматизации технологических про-
цессов и установок, микроэлектронной техники, робототехниче-
ских систем и автоматических управляющих комплексов.
Предлагаемая вниманию читателей книга написана извест-
ными немецкими специалистами Рольфом Шёнфельдом и Эрн-
стом Хабигером — профессорами Технического университета
в г. Дрездене. В отличие от других монографий и учебных по-
собий по этой теме в книге с позиций системного подхода изло-
жены основы проектирования, исследования и эксплуатации ав-
томатических и автоматизированных систем электропривода как
локальных систем иерархической структуры АСУТП. При этом
в ней подробно рассмотрены взаимосвязи электропривода с ра-
бочей машиной, сетью, оператором и внешним окружением, учет
их взаимного влияния друг на друга, глубоко раскрыт процесс
принятия принципиальных решений. В рамках системного про-
ектирования подробно рассмотрены структурные модели элект-
роприводов постоянного и переменного тока, совместная работа
двигателей с устройствами силовой электроники, даны методики
динамических расчетов с использованием ЭВМ, показаны ос-
новы разработки технической документации для изготовления,
испытаний и эксплуатации электроприводов. Описание и при-
меры расчетов промышленных систем завершаются подробным
рассмотрением мероприятий по обеспечению помехозащищен-
ности и высокой надежности автоматизированных электропри-
водов.
Системный подход к рассмотрению современных проблем ав-
томатизированного электропривода выгодно отличает этот труд
от уже имеющихся публикаций по этому вопросу. Книга не сво-
бодна от недостатков. В ней мало внимания уделено перспек-
тивным, экономичным системам регулируемого электропривода,
таким, например, как источник постоянного тока — двигатель
с управляемым моментом, не отражены современные достиже-
ния адаптивного и модального управления в технике электропри-
вода, перспективы автоматизации настройки регуляторов систем
управления.
1*
3

При переводе книги, объем которой необходимо было умень-
шить, некоторые разделы ее были сокращены. К их числу отно-
сятся описание элементов электротехнических устройств, спе-
цифических для эксплуатируемых в ГДР промышленных си-
стем, глава, посвященная технике моделирования на ЭВМ,
которая достаточно подробно освещена в многочисленных совет-
ских публикациях на эту тему. Сокращен и ряд мест описатель-
ного характера, которыми книга была явно перегружена. Пере-
чень литературы по желанию авторов книги сохранен без
изменения, однако из-за недостаточного учета в нем достижений
советских специалистов в области электропривода этот пере-
чень дополнен рядом отечественных публикаций последнего де-
сятилетия.
При переводе книги основную трудность составили проблемы
терминологического характера, поскольку в рассматриваемом
направлении развития автоматизированного электропривода
многие понятия еще не стали общепринятыми.
Книга предназначена для специалистов, имеющих отношение
к разработке, исследованию и эксплуатации автоматизирован-
ных электроприводов самого широкого назначения, а также сту-
дентов соответствующих специальностей. Однако определенный
подход к изложению темы, продуманное построение книги и
методическое мастерство авторов делают ее интересной и до-
ступной для всех лиц, занимающихся проектированием совре-
менных систем автоматики и автоматизированных систем управ-
ления технологическими процессами в различных отраслях про-
мышленности.
Перевод глав 1, 2, 5, 6 и 7, а также предисловия к немец-
кому изданию выполнен Л. С. Антиповой и В. Б. Второвым, а пе-
ревод глав 3, 4 — В. М. Шестаковым. Переводчики выражают
признательность Н. А. Осетровой за помощь, оказанную при
переводе глав 1 и 5.
Замечания и пожелания по книге просьба направлять по
адресу: 191065, Ленинград, Марсово поле, 1, Ленинградское
отделение Энергоатомиздата.
Ю. А. Борцов

ПРЕДИСЛОВИЕ
Производительность технологического оборудования в значи-
тельной степени определяется мощностью используемых средств
электропривода и уровнем их автоматизации. Значительные ус-
пехи в области силовой электроники и информационной техники,
а также в научном обосновании проектирования и расчета элект-
роприводов привели в настоящее время к появлению новых ре-
шений, во многом качественно отличающихся от классических
способов построения электропривода.
Учитывая это, авторы предлагаемой книги сочли возможным
отказаться от обычного способа рассмотрения электропривода
как отдельного устройства и перейти к рассмотрению системы
электропривода в качестве основного звена иерархической струк-
туры автоматизации. В книге, кроме того, в общих чертах дано
теоретическое обоснование проектирования систем автоматизи-
рованного электропривода и на этой основе весь материал изла-
гается с позиций процесса проектирования.
В главе первой рассмотрены народнохозяйственное значе-
ние, основные свойства и особенности систем автоматизирован-
ного электропривода, а также инженерные задачи в области
электропривода. Далее, в главе второй по принципиальным со-
ображениям после вопросов системного проектирования элект-
роприводов излагается материал, посвященный анализу и опи-
санию трех важнейших систем, которые электропривод обра-
зует с рабочей машиной, питающей сетью и вышестоящим
уровнем управления, в частности оператором. Затем приводятся
соображения по выбору принципиальных решений, а также по
предварительному и точному расчету системы привода. В сле-
дующих главах более подробно рассматриваются узловые во-
просы проектирования, а именно совместная работа двигателей
с устройствами силовой электроники (глава третья), расчет ди-
намических процессов в силовой части (глава четвертая), про-
ектирование систем автоматического регулирования электропри-
водов (глава пятая), а также разработка и проектирование
промышленных устройств управления системами автоматизиро-
ванного электропривода (глава шестая).
В заключение, в главе седьмой излагаются принципы проек-
тирования, обеспечивающие помехозащищенность и надежность
5

устройств электропривода, прежде всего устройств обработки
информации.
Основная идея и план книги, так же как и вторая глава,
возникли в результате совместной работы обоих авторов. Главы
первая, шестая и седьмая написаны Э. Хабигером, главы третья,
четвертая и пятая — Р. Шёнфельдом.
Авторы, естественно, отдают себе отчет в невозможности
сколько-нибудь полного освещения актуальных проблем авто-
матизированного электропривода. Отбор материала для книги и
сосредоточение основного внимания на узловых вопросах пред-
определены опытом многолетнего сотрудничества авторов с ве-
дущими предприятиями ГДР в области автоматизированного
электропривода, а также учитывают требования учебной про-
граммы по специальности «Электротехника» для студентов ву-
зов и университетов.
Авторы стремились к тому, чтобы книга была полезной как
инженерам-практикам, так и студентам, и выражают надежду,
что обобщение обширного материала, встречавшегося до сих
пор лишь в отдельных публикациях, внесет свой вклад в даль-
нейшее развитие данной области. Авторы будут благодарны за
критические замечания, направленные на улучшение книги.
В предлагаемой читателям книге нашел отражение опыт,
накопленный авторами в отделении техники автоматизации сек-
ции электротехники Технического университета в Дрездене на
протяжении двадцати лет учебной и научно-исследовательской
работы. Авторы выражают благодарность сотрудникам отделе-
ния, особенно доценту, доктору технических наук Э. Зеефриду,
доктору технических наук X. Кругу, доктору технических наук
П. Бюхнеру, доктору технических наук X. Нойндорфу, доктору
технических наук Хаммеру, инженеру Бретшнайдеру за много-
численные дискуссии по отдельным проблемам.
Авторы признательны рецензентам книги, в особенности про-
фессору, доктору технических наук Брендлеру, профессору, док-
тору технических наук Будигу, инженеру Кабишу и доктору
технических наук Барчу, за их труд и высказанные ими крити-
ческие замечания, благодаря которым содержание и структура
книги приобрели законченный вид. Авторы благодарны К. Ка-
ульферс за тщательное перепечатывание объемистой рукописи
и, не в последнюю очередь, И. Эпп из издательства «Техника»
за доброе сотрудничество.
Рольф Шенфельд, Эрнст Хабигер
Дрезден, январь 1979 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРОВ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ
Электроприводы играют в настоящее время важную роль
при решении задач автоматизации во всех отраслях народного
хозяйства. Их технические параметры существенно влияют на
качество и надежность автоматизированных технологических
процессов.
Развитие силовой электроники и микроэлектроники оказало
плодотворное влияние на разработки в области электропривода
и автоматики. Современный автоматизированный электропривод
включает в себя системы управления и регулирования с высо-
ким уровнем организации и одновременно сам является подси-
стемой в иерархической структуре автоматизации.
Авторы в своей работе над настоящей книгой исходили из
учета этой тенденции развития. В книге вопросы проектирова-
ния электроприводов рассматриваются исходя из анализа их
взаимодействия с сетью, рабочей машиной и вышестоящими
уровнями автоматизации. Особое внимание уделяется вопросу
совместной работы двигателя с силовыми электронными уст-
ройствами и проектированию управляющих устройств. Расчет
параметров элементов силовой части, как и проектирование
управляющих и регулирующих устройств, в значительной сте-
пени определяется динамическими процессами в системе элект-
ропривода. Поэтому последним в книге посвящена отдельная
глава.
Мы надеемся, что русское издание нашей книги послужит
советскому читателю стимулом в его работе и внесет вклад
в дальнейшее развитие техники электропривода. С этих позиций
мы рассматриваем нашу книгу также в качестве основы для
дискуссии и как вклад в углубление сотрудничества между спе-
циалистами Советского Союза и ГДР.
Мы считаем своим долгом сердечно поблагодарить коллек-
тив переводчиков и редакторов за большую работу по переводу
и тщательному редактированию русского издания книги, выпол-
ненную под руководством профессора Ленинградского электро-
технического института имени В. И. Ульянова (Ленина), док-
тора технических наук Ю. А. Борцова.
Р. Шенфельд, Э. Хабигер
7

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
	Перечень обозначений, поясняемых на примере некоторой величины g	g =	gl g2
G	— постоянное во времени		
	или действующее значе-		
	ние величины			gn
G, g	“ среднее значение	Л Т ;	
G.g	— радиус-вектор, векторная	1, 1	
	величина, комплексное	id, Id	
	мгновенное значение		
g	— мгновенное значение	‘d, id	
g	— амплитудное Значение		
	Обозначения	Ie, Ie	
		Iк, Ik	
а	— выходная величина	lN	
.b	— ускорение	/ p	
с	— коэффициент жесткости		
d	— коэффициент затухания		
е	— входная величина	Im	
F	— передаточная функция,	/	
	комплексный коэффици-	/	
	ент передачи	км	
f	— частота, функция		
h	— коэффициент прерывисто-	L	
	сти	Ld	
fit	— частота питающей сети	Le	
fp	— частота следования им-		
	пульсов		
fw	— коэффициент пульсации	M, m	
g	— функция	Mb	
Ag	— малое приращение вели-	MK	
	чины	My	
dg, dg	— дифференциал величины		
= (gl, gi, • • . , gn)T —
вектор-столбец
-	функция
- ток
постоянный (выпрямлен-
ный) ток
-	среднее значение посто-
янного (выпрямленного)
тока
-	ток возбуждения
-	уравнительный ток
-номинальный ток
-	ток р-кратной частоты по
отношению к частоте
сети, действующее значе-
ние
•	мнимая часть
момент инерции
мнимая единица
конструктивный коэффи-
циент двигателя
индуктивность
индуктивность дросселя
индуктивность цепи воз-
буждения
суммарная . индуктив-
ность
вращающий момент
динамический момент
критический момент
номинальный момент дви-
гателя
8

Mw.	mw — момент	сопротивления	и N	— номинальное напряжение
m	— масса, число фаз	Up	— напряжение р-кратной
N, n	— частота вращения		частоты по отношению
	— номинальная	частота		к частоте сети, дейст-
p, r	вращения		вующее значение
	)	— мощность	Us	— обратное напряжение, на -
P XI,	рм — механическая мощность		
			пряжение	управления,
Px	— номинальная мощность		фазное напряжение тран-
rv,Pv —мощность потерь			сформатора, питающего
rs	— мощность в воздушном		выпрямитель
	зазоре		
p	— оператор Лапласа, число	ux	— коммутационное падение
	пульсаций		выпрямленного напряже-
q	— переменная состояния		ния
Q	— показатель качества	ил	— напряжение на зажимах
R, r	— активное сопротивление		якоря
Ra	— сопротивление якорной	Ua	— выходное напряжение
	цепи	Udi	— среднее значение вы-
Rb	— сопротивление источника		прямленного напряжения
	напряжения (батареи)		в режиме прерывистого
Re	— вещественная часть		тока
Rm	— магнитное сопротивление	Ue	— входное напряжение
S, s	— скольжение	—	— среднее значение напря-
		U.\[l	
T	— период дискретности, пе-		жения двигателя в ре-
	риод, длительность им-		жиме прерывистого тока
	пульса, период следова- ния импульсов	Ue	— входное напряжение
		Uk	— относительное значение
Ta	— продолжительность вы-		напряжения короткого
	ключения		
			замыкания
Tn	— время нарастания		— управляющая перемен-
Te	— время включения	и	
Tm t ta		V	ная — коэффициент передачи (усиления)
	— время измерения — время		
	— время пуска двигателя		
Ib		Vd	— готовность
	— продолжительность рабо- ты	V	— скорость
			
tb		r	— пульсация
	— время торможения		
tp		w	— задающая величина, чис- ло витков
	— время паузы		
U, и	— напряжение		
Ud	— выпрямленное напряже-	X	— регулируемая переменная
	ние	Xp	—линейная зона
Ud»	— максимальное выпрям-	X	— реактивное сопротивле-
	ленное	напряжение		ние
	(ЭДС)	У	— падение напряжения (аб-
—			солютное значение)
U d,	Ud — среднее значение вы-		
	прямленного	напряже-	Ул	— диапазон регулирования
	ния	У	— управляющая переменная
Ude,	, Ude — эквивалентное постоян-	x, z ,	— полное	сопротивление,
	ное напряжение		число импульсов, возму-
9

	щающее воздействие, ча- стота переключений	Е е	— возбуждение — эквивалентное значение
гР	— число пар полюсов	F	— направление пропускания
Zo	— частота включения в ре-	G	— генератор, редуктор
	жиме холостого хода	g	— полный, суммарный
Ф	— угол поворота вала дви- гателя	К, k	—критическая точка, ком- мутация,	конденсатор,
n	-КПД		короткое замыкание
0	— температура, средняя на-	L	— нагрузка
	работка на отказ	1 .	— ротор, режим прерыви-
т	— постоянная времени		стого тока
Тр	— полюсное деление	М	— двигатель, механизм
ф	— угол фазового сдвига	т	— среднее значение
V, ф	— потокосцепление	N, п	— номинальный режим, сеть
(0	—угловая скорость	R	— запирающее направление
со<г	— частота среза	S	— объект управления, управ- ление
	Индексы	S	— статор, синхронный, за- данное значение
А	— якорь, рабочий механизм,	Т	— тиристор
	пуск	V	— потери
а	— срабатывание	W	— сопротивление
В	— работа, торможение	т	— тепловой
ь 	— ускорение, разгон	0	— холостой ход, рабочая
D	— дроссель		точка в установившемся
d	— выпрямленный, динами- ческий		режиме, остановка, со- стояние покоя

ГЛАВА ПЕРВАЯ
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
СОВРЕМЕННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
1.1. НАРОДНОХОЗЯЙСТВЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
И ПЕРСПЕКТИВЫ ЕГО ДАЛЬНЕЙШЕГО РАЗВИТИЯ
Системы электропривода — это устройства для электромеха-
нического преобрдзования энергии, предназначенные для осу-
ществления необходимых перемещений в приборах и аппаратах
точной механики, в металлообрабатывающих станках, различ-
ных перерабатывающих машинах, транспортных средствах,
а также в подъемных установках, устройствах первичной обра-
ботки материалов и прочих промышленных установках. При
этом в настоящее время без переключения передач достига-
ются значения частоты вращения электроприводов от несколь-
ких оборотов в час до сотен тысяч оборотов в минуту, диапазон
регулирования частоты вращения порядка 1:10 000, а также
единичная мощность от нескольких милливатт до ста мегаватт.
Около 2/3 производимой электроэнергии потребляется электро-
приводами.
Особенность систем автоматизированного электропривода со-
стоит в том, что необходимая для преобразования и регули-
рования энергии обработка информации осуществляется в них
автоматически. Благодаря применению автоматизированного
привода человек, с одной стороны, освобождается от тяжелого
физического труда, а с другой — с него снимаются функции но-
сителя соответствующих процессов переработки информации.
Отсюда, в частности, вытекают следующие результаты, которые
в совокупности приводят к улучшению условий труда занятых
в производственном процессе людей, а также к значительному
росту эффективности процесса производства и воспроизводства
в масштабах всего общества:
экономия рабочей силы;
более экономичное использование материалов и энергии;
улучшение использования производственного оборудования;
повышение качества продукции;
повышение надежности производственных установок;
уменьшение опасности несчастного случая и вероятности воз-
никновения аварий с тяжелыми последствиями;
реализация процессов, не осуществимых при ручном управ-
лении приводом вследствие свойственных человеку ограничен-
ных возможностей.
Системы автоматизированного электропривода представляют
11

собой, следовательно, важные средства рационализации, служа-
щие для повышения производительности труда — важнейшего
источника развития народного хозяйства, и их целенаправ-
ленное применение и дальнейшее развитие являются актуаль-
ными задачами, имеющими большое народнохозяйственное
значение. Направление и содержание дальнейших разработок
в области привода должны при этом определяться с учетом зна-
чимых для всего общества задач и согласованных в централизо-
ванном порядке путей их осуществления и выводиться из опре-
деляющих мировой уровень тенденций изменения параметров
приводимых в движение машин и механизмов, а также из
ограничений на расход электроэнергии, потребляемой приво-
дом. На этой основе могут быть сформулированы следующие
долгосрочные задачи, касающиеся улучшения эксплуатационных
свойств систем электропривода, а также расширения границ их
применения:
реализация высоких энергетических КПД, в особенности
в узлах, потребляющих значительную мощность, путем приме-
нения экономичных устройств силовой электроники и средств
привода, а также посредством использования экономичных спо-
собов пуска, торможения и регулирования частоты вращения;
расширение диапазона регулирования частоты вращения ре-
гулируемых электроприводов, а также улучшение их динамиче-
ских свойств и точности регулирования путем применения усо-
вершенствованных методов обработки сигналов, включая реали-
зацию адаптивных и обучающихся алгоритмов на основе новых
видов схемной технологии и расширения функционального со-
става устройств обработки информации, в особенности путем
применения микропроцессоров и микро-ЭВМ;
повышение максимально допустимого ускорения позицион-
ных и следящих приводов путем разработки и применения пре-
образователей соответствующей мощности и двигателей с высо-
кой Перегрузочной способностью и большими постоянными вре-
мени нагрева;
повышение надежности и безопасности эксплуатации путем
увеличения степени интеграции элементов устройств обработки
информации, уменьшения числа контактов, применения доступ-
ных для осмотра и удобных для технического обслуживания и
ремонта конструкций, посредством размещения контрольных и
тестовых устройств для проверки рабочего состояния и готов-
ности к работе, путем снижения времени простоя за счет при-
менения эффективных методов дефектоскопии, систематиче-
ского учета и целенаправленного анализа сведений о простое и
основанного на этом профилактического осмотра, ремонта и
обеспечения запасными частями;
повышение помехозащищенности путем реализации эффек-
тивных методов обработки сигналов, обеспечивающих нечувст-
вительность к помехам, на основе соответствующего выбора ча-
стот обработки и применения устойчивых к помехам и разруше-
12

ниям схемных элементов, а также путем осуществления надле-
жащих мер, касающихся схемотехники и конструктивного испол-
нения;
рационализация разработки и проектирования систем элект-
ропривода путем применения легко проектируемых структур при-
вода на основе предварительно изготовленных и прошедших ис-
пытания наборов типовых узлов, несущих конструкций и моду-
лей, а также посредством разработки и применения соответ-
ствующих методов автоматизированного проектирования и тех-
нологической подготовки производства;
разработка и внедрение эффективных способов моделиро-
вания отдельных свойств системы (функциональные свойства,
надежность, чувствительность к помехам, поведение в случае
аварии и т. д.) для своевременного распознавания и устранения
недостатков проекта и сокращения затрат на последующие из-
менения;
уменьшение объема монтажных работ и сокращение расхода
материалов;
изготовление мощных специализированных приводов на базе
линейных и шаговых электродвигателей;
создание надежных в эксплуатации и приемлемых по стоимо-
сти систем электропривода для отраслей промышленности, про-
изводящих товары широкого потребления.
1.2. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА И ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМ
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Свойства всякой системы описываются ее связями с окру-
жающей средой, ее структурой, т. е. элементами системы и их
взаимосвязью, а также могут быть охарактеризованы ее ра-
ботой.
В этом смысле рис. 1.1 прежде всего показывает существен-
ные связи систем автоматизированного электропривода с окру-
жающей средой и типичную для них общую структуру. Функ-
цию входных переменных системы выполняют, с одной стороны,
задающие величины w, которые как носители командной ин-
формации либо вводятся обслуживающим персоналом вручную,
либо поступают от функционально вышестоящих устройств ав-
томатизации, а с другой — возмущающие воздействия z, кото-
рые, будучи независимыми переменными, влияют на систему
привода и часто оказывают нежелательное воздействие на ее
работу и характеристики. Типичными для электроприводов
внешними возмущающими воздействиями являются:
силы, вращающие моменты и моменты инерции рабочей ма-
шины;
напряжение и частота главной и вспомогательной питающих
сетей;
интенсивность электростатических и электромагнитных по-
лей, действующих на систему привода;
13

Рис. 1.1. Общая структура системы автоматизированного электропривода
г —переменные обратной связи; v — информационные переменные; w — задающие ве-
личины; х — управляемые величины; х— побочные эффекты; у — управляющие пере-
менные; z — внешние возмущающие воздействия; z^—внутренние возмущающие воз-
действия; / — поток электрической энергии; 2 — поток механической энергии; 3 — по-
ток информации или сигналов
механические силы как источник циклической, вибрационной
и ударной нагрузки;
климатические факторы: температура окружающей среды,
атмосферное давление, влажность воздуха и воздействие воды;
концентрация химических загрязнений воздуха, вызывающих
коррозию;
способ управления или режим работы установки и весь ком-
плекс обслуживания системы привода в целом и пр.
В качестве выходных величин системы выступают функцио-
нальные переменные х и и, а также побочные эффекты Ху.
При этом величины х представляют собой с точки зрения задач
регулирования зависимые переменные, такие, как линейные и
угловые перемещения отдельных узлов машины, частоты вра-
щения и ускорения или ток двигателя, в то время как величины
v несут информацию о рабочем состоянии и готовности к эксплу-
атации всей системы электропривода и ее элементов. Типич-
ными для систем привода побочными эффектами xN являются:
механические — колебания, вибрация и вихревые воздушные
потоки;
акустические — шум и помехи;
тепловые — теплота, выделяемая вследствие высвобождения
энергии потерь;
опасность для человека электрических или механических воз-
действий;
пожаро- и взрывоопасность;
излучение электромагнитных полей;
14

обратное воздействие системы электропривода на сеть во
время процессов коммутации, а также вследствие влияния вы-
прямительных устройств и др.
Эти воздействия отрицательно влияют на среду, которая ок-
ружает систему, и поэтому не могут превышать определенных
допустимых пределов, устанавливаемых многочисленными ин-
струкциями, предписаниями и стандартами.
Особое значение для конкретизации требований, предъявляе-
мых к системе электропривода, имеют следующие три точки со-
пряжения системы с внешней средой, являющиеся исходным
пунктом проектных разработок:
а)	точка сопряжения система электропривода — рабочая ма-
шина, через которую проходит поток механической энергии
dWm	dWm	f
---— = ma или 	— = fv,
dt	dt
б)	точка сопряжения система электропривода — сеть,- через
которую проходит поток электрической энергии
J^£- = 2uvtv, v=l, 2, 3 . . .
dt
и где необходимо учитывать обратное воздействие системы
электропривода на сеть;
в)	точка сопряжения система электропривода — уровень уп-
равления (оператор), через которую проходят необходимые для
управления системой привода и ее контроля информационные
потоки
j __ dMp
dt
и где необходимо принимать во внимание особенности взаимо-
действия человека и машины в аспекте эргономики.
На рис. 1.1, изображающем структуру системы, можно выде-
лить две подсистемы, связанные информационно, а именно
энергетическую подсистему, или так называемую силовую часть
привода, в которой происходит электромеханическое преобразо-
вание и регулирование энергии, и подсистему обработки инфор-
мации, реализующую функции управления, защиты и контроля.
Функциональные входные величины подсистемы обработки
информации — это уже описанные ранее задающие переменные
ш, а также переменные обратной связи г силовой части, напри-
мер фактические значения положения и угла поворота испол-
нительного механизма, частоты вращения, вращающего момента
или тока электродвигателя, знание которых является необходи-
мой основой контроля процесса преобразования энергии, проте-
кающего в силовой части, и управления им.
Выходными величинами подсистемы обработки информации
являются управляющие переменные у, которые в качестве целе-
15

направленных воздействий подаются на управляемые элементы
силовой части (силовой выключатель, преобразователь, редук-
тор), и рассмотренные выше информационные переменные V,
которые служат для ориентирования обслуживающего персо-
нала или вышестоящих уровней управления. Управляющие пе-
ременные у и информационные переменные v формируются из
задающих величин w и переменных обратной связи г по опре-
деленным командам, хранящимся в устройстве обработки ин-
формации системы электропривода.
Любая система электропривода на основе принципа дейст-
вия ее элементов, а также на основе своей структуры, т. е. бла-
годаря взаимосвязи между ее элементами, реализует опреде-
ленную внешнюю функцию
x = f(w, z).	(1.1)
В частном случае это означает, что управляемая величина
х, например частота вращения вала двигателя, зависит, с одной
стороны, от соответствующей задающей величины w, а с дру-
гой— от одного или нескольких возмущающих воздействий z.
Поэтому устойчивых в течение длительного времени и воспро-
изводимых условий существования определенной желаемой связи
между х и w, как правило, можно ожидать лишь в том случае,
если свойства элементов и структура системы привода выбраны
таким образом, что возмущающие воздействия z не влияют на
эту желаемую связь, и, кроме того, приняты меры к тому, чтобы
не проявлялись внутренние возмущающие воздействия, напри-
мер паразитные связи между элементами системы (аспект по-
мехозащищенности), или чтобы явления износа, коррозии и
усталости элементов не приводили к преждевременной утрате
работоспособности системы привода (аспект надежности).
Системы автоматизированного электропривода работают либо
как автономные устройства (примеры таких устройств — при-
воды подъемников, транспортеров, испытательных стендов
и т. д.), либо как основные элементы комплексных автоматизи-
рованных систем. В таких системах задачи управления в боль-
шинстве случаев распределены по нескольким уровням управ-
ления и элементы системы так расположены в иерархической
последовательности, что выходные величины элементов более
высокого уровня являются задающими величинами для элемен-
тов более низкого уровня (рис. 1.2).
На низшем уровне расположены системы автоматизирован-
ного электропривода, как показано на рис. 1.1. Они технологи-
чески связаны друг с другом приводимыми в движение меха-
низмами и объединены в функциональные группы в соответст-
вии с потребностями реализуемого процесса. Задающие сигналы
они получают от вышестоящего устройства управления функ-
циональными группами. Управление функциональными груп-
пами, в свою очередь, осуществляется вышестоящим устройст-
вом управления процессом, которым соответственно управляет
16

Рис. 1.2. Иерархическая система автоматического управления процессом
856959
Криворожский .
горнорудный институт
БИБЛИОТЕКА
17

устройство, координирующее протекание всего процесса в це-
лом. Последним устройством управляют персонал установки или
устройства обработки информации следующего, более высокого
уровня.
Системы подобного рода, как правило, так организованы
с точки зрения обработки информации, что информационная
связь между элементами одного уровня каждый раз осуществ-
ляется лишь на следующем, более высоком функциональном
уровне. Вследствие этого элементы, поврежденные в результате
аварии, не влияют на другие элементы того же уровня, так что
если нарушения, вызванные выходом из строя элементов или
подсистем, возникают на низших функциональных уровнях, то
они локализуются в небольшой области системы. Такая орга-
низация обработки сигналов, кроме того, облегчает работы по
монтажу и наладке, так как отдельные функциональные эле-
менты системы начиная с низшего уровня могут быть смонти-
рованы и налажены последовательно или параллельно, смотря
по обстоятельствам. Сказанное относится и к работам по тех-
обслуживанию и ремонту, мероприятиям по расширению и ре-
конструкции.
Общие структуры такого рода можно найти, например, в уп-
равляемых с помощью ЭВМ технологических системах метал-
лообрабатывающей и нефтеперерабатывающей промышленно-
сти, прокатных станов и в других автоматически управляемых
системах.
1.3. ИНЖЕНЕРНЫЕ ЗАДАЧИ В ОБЛАСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Работы, выполняемые инженерами в области электропри-
вода, состоят в том, чтобы эффективными методами примени-
тельно к конкретным задачам производства и в установленные
сроки осуществить реализацию структур, представленных на
рис 1.1 и 1.2. При этом должны быть учтены имеющийся опыт
и наметившиеся тенденции развития электропривода, использо-
ваны наиболее подходящие аппаратные средства электромеха-
нического преобразования энергии, силовой электроники, а также
измерительной техники, техники автоматического управления и
регулирования и вычислительной техники. К числу указанных
работ относятся:
анализ, описание и уточнение задач привода;
разработка и проектирование систем привода и испытание
опытных образцов;
документальное обоснование найденного оптимального реше-
ния и его подготовка к промышленному внедрению;
испытание, монтаж и наладка изделия, а при необходимо-
сти также его эксплуатация, техобслуживание и быстрый ре-
монт.
 В настоящей книге излагаются основные вопросы системного
проектирования электроприводов, рассматриваются вопросы со-
18

вместной работы двигателей с устройствами силовой электро-
ники, а также даются методики и рекомендации по рациональ-
ному конструированию, определению параметров и оптимиза-
ции систем электропривода и устройств их автоматического
управления.
ГЛАВА ВТОРАЯ
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
2.1.	ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СИСТЕМНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
2.1.1,	Характеристика процесса проектирования. Проектиро-
вание системы электропривода представляет собой процесс
обработки информации (рис. 2.1),в ходе которого на основе бо-
лее или менее полных исходных данных и других сведений, не-
обходимых для решения поставленной задачи, с помощью опре-
деленной методики и соответствующего математического аппа-
рата разрабатывается техническая документация для системы
привода, наилучшим образом отвечающей задаче проектирова-
ния. С теоретической точки зрения речь идет о решении проб-
лемы многокритериальной оптимизации [2.1, 2.2].
Для решения поставленной задачи необходимо располагать
информацией:
о существующих структурах привода, возможных принципи-
альных решениях, типовых проектах, а также отдельных част-
ных решениях;
о технических характеристиках, экономических показателях
и условиях поставки комплектующих изделий, ассортименте ти-
повых узлов, стандартных модулей, приборов и шкафов управ-
ления;
Необходимая для решения
задачи информация о структурах
привода, характеристиках
.элементов, инструкциях,
подлежащих соблюдению,
и опыте разработки
аналогичных объектов
Математическое и методическое
обеспечение,' необходимое
для моделирования выбранных
характеристик системы
и эффективной реализации
отдельных функций
Рис. 2.1. Входные и выходные величины процесса проектирования
19

о законодательных актах, постановлениях, стандартах, инст-
рукциях и других нормативных документах, действующих внутри
предприятия или отрасли, которые нужно соблюдать или учиты-
вать;
о подлежащих соблюдению авторских правах;
о наиболее целесообразном выполнении схемотехнических и
конструктивных деталей;
об опыте, накопленном при разработке, изготовлении, налад-
ке и эксплуатации аналогичных объектов.
Эти сведения более или менее доступно изложены в специ-
альной литературе, справочниках, каталогах, заводской доку-
ментации, в рекомендациях по разработке и проектированию
электроприводов, патентах, в бюллетенях, издаваемых законо-
дательными органами, государственных стандартах, каталогах
журнальных статей и в соответствующих банках данных на базе
ЭВМ, они также хорошо известны каждому опытному разработ-
чику.
К необходимым для решения задачи проектирования матема-
тическим и методическим средствам относятся аналитические и
эмпирические модели и методы:
для записи задачи и ее систематического уточнения;
для эффективного поиска информации, включая патентную
документацию;
для системного анализа и поиска функциональных структур;
для выбора, расчета параметров и оптимизации элементов и
узлов системы;
для моделирования и поверочного расчета или оценки нор-
мального и аварийного режимов работы, а также других харак-
теристик системы и действующих на нее возмущений;
для технической, технологической и экономической оценки
разработанных вариантов решения;
для выбора оптимального варианта при наличии нескольких
различных решений.
Указанные модели и методы разработаны либо в форме ме-
тодических указаний, пособий, методик расчета, удобных для
пользования вручную, систем уравнений, таблиц решений и блок-
схем алгоритмов, либо в форме программ для аналоговых, циф-
ровых или гибридных вычислительных машин.
2.1.2.	Модель процесса проектирования. Из-за рассмотренных в работе
[2.1] трудностей, постоянно встречающихся при практическом решении задач
синтеза, для процесса проектирования в принципе нельзя указать строго
определенную последовательность операций. Вследствие этого даже с по-
мощью имеющихся в настоящее время средств машинной обработки дан-
ных невозможно полностью автоматизировать этот процесс. Главным участ-
ником процесса проектирования является поэтому, как и прежде, чело-
век, хотя прн этом он все больше пользуется вычислительной техникой,
особенно для выполнения рутинной работы. Его творческий метод характери-
зуется как раз тем, что он интуитивно связывает друг с другом отдельное
этапы проектирования н находит оптимальное решение чаще всего итера-
тивным путем. Правда, если его действия носят абсолютно произвольный ха-
рактер, эффективность проектирования и качество результата в значительной
20

степени зависят от субъективных факторов личности проектировщика, т. е.
от его творческого КПД, квалификации, стиля работы и опыта. Однако, как
следует из рассуждений, приведенных в работе [2.1], процесс проектирова-
ния в известной мере поддается приблизительной алгоритмизации, в ре-
зультате чего роль субъективных факторов может быть сведена к мини-
муму.
На рис. 2.2. представлена модель процесса проектирования, более под-
робная, чем на рис. 2.1. В целом в ней выделено пять рабочих этапов, ко-
торые при решении задачи встречаются один или (при итеративном поиске
решения) несколько раз.
На первом этапе (рис. 2.2, шаг /) на основе тщательного анализа про-
блемы уточняется и конкретизируется обычно еще не безупречно поставлен-
ная задача. Другими словами, происходит отбор и упорядочение имеющейся
исходной информации и добавление недостающих для решения задачи дан-
ных. Целью этого этапа проектирования является сопоставление существен-
ных для проектирования характеристик системы и конкретное согласование,
а при необходимости и установление приоритета требований к показателям
качества Qi, соответствующим этим характеристикам, с учетом пожеланий
заказчика, тенденций технического развития, а также опыта, накопленного
при проектировании аналогичных объектов.
Систематическое уточнение технических требований к проектируемой си-
стеме привода реализуется путем соответствующего анализа взаимодействия
системы привода с рабочей машиной, сетью и с вышестоящим уровнем уп-
равления, а также путем анализа возмущений, действующих на систему
электропривода, и, наоборот, воздействия самой системы электропривода на
внешнее окружение (см. § 1.2). Целесообразно выделить следующие требо-
вания [2.3, 2.4]:
обязательные требования, которые должны быть точно соблюдены, хотя
все же возможны некоторые отклонения за счет допусков; такого рода тре-
бования касаются, например, параметров питающей сети, плавности регули-
рования частоты вращения, конструктивного исполнения н способа защиты,
установочных размеров электрических машин и силовых преобразователей,
совместимости с другими устройствами, соблюдения определенных предпи-
саний и т. п.;
минимальные требования, в отношении которых возможно «перевыполне-
ние», но недопустимо «недовыполнение», например требования относительно
КПД, средней наработки на отказ, степени устранения помех радиоприему,
точности регулирования, уровня шума, массы, объема, диапазона регулирова-
ния частоты вращения н ряда других параметров системы;
пожелания, т. е. требования, выполнение которых хотя и не является
строго обязательным, но которые по возможности следует выполнять, так
как они известным образом повышают качество системы привода, например
делают ее более удобной в эксплуатации. Эти требования касаются вопро-
сов комфорта обслуживания, внешнего оформления н др.
Для обоснованного выбора решения из ряда вариантов рекомендуется,
кроме того, расположить отдельные требования и пожелания по степени их
важности, что является вопросом договоренности. Это достигается либо пу-
тем непосредственной оценки отдельных требований, либо отдельные требо-
вания анализируются попарно и более важное из них помечается (полумат-
ричный метод [2.5]). Требование с наибольшим числом пометок занимает
в приоритетной последовательности первое место, требование с меньшим
числом пометок — второе место и т. д.
После получения уточненного технического задания на проектирование
в форме перечня значимых и незначимых требований на следующем, втором
этапе процесса проектирования (рис. 2.2, шаг 2) из огромного числа допу-
стимых принципиальных решений выбирают одно или несколько подходящих
решений с учетом самых важных условий, содержащихся в каталоге требо-
ваний. Другими словами, с учетом современного уровня научно-технического
развития, а также исходя из опыта, накопленного при работе над аналогич-
ными объектами, принимается решение относительно пригодности общих
структур с вращающимися или линейными, непрерывно илн дискретно рабо-
21

Необходимая
для решения задачи
проектирования
информация:
об общих
структурах
и типовых проектах
электроприводов;
о характеристиках
элементов;
об инструкциях
и стандартах;
об охране прав
третьих лиц;
о целесообразных
схемотехнических
и конструктивных
деталях;
об опыте,
накопленном
при разработке,
изготовлении,
наладке
и эксплуатации
аналогичных
объектов
I
Рис.
2.2.	Этапы процесса проектирования
22

тающими приводными средствами (например, с двигателями постоянного
тока, с синхронными, асинхронными или шаговыми двигателями). Также ре-
шается вопрос о системе защиты, о необходимости регулирования опреде-
ленных величин, о том, какая структура (жесткая или адаптивная) требу-
ется для управляющего устройства и на какой базе (аналоговой или дис-
кретной) целесообразнее всего производить обработку информации.
На следующем этапе для отобранных принципиальных решений произ-
водится грубый расчет параметров (рис. 2.2, шаг 3). Он состоит в. выборе
и определении параметров двигателей и преобразователей для различных
вариантов, расчете и оценке ожидаемого влияния электропривода на сеть.
Производится также выбор структуры и расчет параметров необходимых
средств автоматизации процессов пуска, торможения и управления по вы-
бранным переменным двигателя (например, по частоте вращения, положе-
нию, току) и, наконец, грубый экономический расчет для каждого из
вариантов. В заключение все рассматриваемые варианты оцениваются с тех-
нической, технологической и экономической точек зрения [2.5, 2.6, 2.7] и вы-
бирается тот вариант, который лучше всего удовлетворяет требованиям, со-
держащимся в уточненном техническом задании на проектирование.
Этот вариант детально разрабатывается на следующем этапе проектных
работ (рис. 2.2, шаг 4). Здесь производят точный расчет и оптимизацию
элементов системы и самой схемы, а также решают вопросы конструктив-
ного оформления с учетом проблем изготовления, технического контроля,
монтажа, обслуживания и ухода, а также с позиций обеспечения максималь-
ной надежности, безопасности в эксплуатации и помехозащищенности. Да-
лее повторно анализируют, насколько уточненный проект удовлетворяет по-
ставленным требованиям, и в случае неудовлетворительного результата про-
изводят соответствующую корректировку или выбирают и заново разраба-
тывают другое принципиальное решение. При удовлетворительном резуль-
тате приступают к этапу подготовки технической документации (рис. 2.2,
шаг 5), необходимой для изготовления системы, ее испытания, монтажа, на-
ладки, эксплуатации и обслуживания.
После этого краткого описания содержания процесса проектирования да-
лее (в § 2.2—2.5) подробно рассматриваются шаги проектирования от 1 до
5 (рис. 2.2). Однако сначала дадим краткий обзор наиболее важных мето-
дов, используемых на различных стадиях проектирования для анализа и
сравнения конечных и промежуточных результатов.
2.1.3. Оценка и сравнение вариантов решения [2.5, 2.6, 2.7]. Из
пояснений к рис. 2.2 очевидно, что в ходе процесса проектирова-
ния возникает необходимость в многократной оценке отдельных
результатов и сравнении их друг с другом или с основным ва-
риантом с целью выбора наилучшего решения для дальнейшей
разработки либо с целью проверки того, насколько окончатель-
ный результат соответствует поставленным требованиям. Оцени-
ваются и сравниваются в первую очередь технические, техноло-
гические и экономические характеристики рассматриваемых ва-
риантов решения, а также характеристики, определяющие
влияние системы на окружающую среду и степень ее соответ-
ствия конструктивным и эстетическим требованиям.
При оценке технических характеристик проверяется степень
соответствия выбранного решения поставленной цели. Для этого
производят сравнение наиболее важных в данном отношении
технических показателей с заданными (плановыми) значениями,
содержащимися в техническом задании.
При оценке и сравнении технологических параметров системы
исследуют, в какой степени обеспечиваются низкая себестои-
мость ее изготовления и одновременно высокая производитель-
23

ность труда. С этой целью имеющиеся решения анализируют,
например, со следующих позиций:
как велико число используемых стандартных изделий (меха-
нические детали, электрические элементы, блоки и модули) по
отношению к общему числу всех изделий;
каково соотношение затрат рабочего времени на механизи-
рованные или автоматизированные работы и общих затрат ра-
бочего времени;
каково соотношение затрат рабочего времени на припасовку
и общих затрат рабочего времени на монтаж системы.
Далее оценивается:
насколько выдержаны обязательные требования стандартов,
предписаний, внутризаводских инструкций и т. д.;
насколько эффективно могут быть проведены испытания,
монтаж и наладочные работы;
насколько сложна система привода, о чем можно судить по
числу, повторяемости и сложности элементов и блоков.
Для оценки и сравнения экономических показателей полу-
ченных решений в процессе проектирования в первую очередь
используются затраты, определяемые путем соответствующего
расчета, а также затраты, отнесенные к какому-либо эксплуата-
ционному показателю.
Сравнение предварительных результатов или вариантов ре-
шения проводится относительно п характеристик системы, важ-
ных с точки зрения цели проектирования, путем сравнения оп-
ределенных для каждого варианта значений соответствующих
показателей качества Q,. Показатели качества служат для коли-
чественной характеристики степени выполнения требований,
предъявляемых к интересующим проектировщика свойствам (ха-
рактеристики, параметры) системы, и определяются следующим
образом:
5 — требования к i-й характеристике^системы
выполнены очень хорошо;
4—требования к i-й характеристике системы
выполнены хорошо;
3—требования к i-й характеристике системы
выполнены удовлетворительно;
2—требования к i-й характеристике системы
выполнены недостаточно;
1—требования к i-й характеристике системы
выполнены неудовлетворительно.
На основе этой шкалы оценок может быть охарактеризована
степень выполнения каждого отдельного требования путем на-
значения соответствующей оценки.
24

Рис. 2.3. Сравнение вариантов решения
При наличии трех вариантов, рассматриваемых экспертами
относительно семи характеристик, может получиться, например,
ситуация, представленная на рис. 2.3. Каждый вариант отлича-
ется от другого своими характеристиками (параметрами) в луч-
шую или худшую сторону. Какой вариант рассматривать в ка-
честве наилучшего решения, зависит от того, являются ли все
характеристики системы равноправными или их значимость для
достижения цели проектирования различна.
В первом случае выбор наилучшего решения производится
простым суммированием оценок:
п
S=^Q(,	(2.2)
i=i
во втором случае берется взвешенная сумма
SG= £ GiQi,	(2.3)
t—1
причем весовой коэффициент G, может быть определен следую-
щим образом:
5—i-я характеристика системы имеет очень большое
значение для цели разработки;
4—
3-	.	(2.4)
2—
1 — i-я характеристика системы несущественна
для цели разработки.
2S

С помощью формул (2.2) и (2.3) из рис. 2.3 получаются
следующие оценки:
I вариант	II вариант	III вариант
S= 15	22	24
Sfl = 58	81	76
Для случая, когда все характеристики системы равноправны,
III вариант представляет собой наилучшее решение. Если же,
напротив, характеристики системы обладают различной значи-
мостью, как показано на рис. 2.3, вариант II является сравни-
тельно лучшим решением.
Проследить в процессе проектирования системы за соотно-
шением ее эксплуатационных показателей и соответствующих
им затрат наилучшим образом позволяет сопоставительный ана-
лиз. При этом ожидаемые затраты соотносят с надлежащим
образом выбранными техническими характеристиками системы
привода и, например, рассчитывают удельные затраты для каж-
дого варианта [2.6]:
k^KHw.	(2.5)
В формуле (2.5) величина
£ GiQi
^—J=L—n--------	(2-6)
[Qilmax У Gl
i=l
представляет собой взвешенную техническую значимость. Здесь
Qi — показатель качества согласно выражению (2.1); [Q,]max—
согласно выражению (2.1) максимально возможная для Qt
оценка (т. е. 5); Gj— весовой коэффициент согласно выражению
(2.4); п — число рассмотренных эксплуатационных характери-
стик; К — затраты для одного варианта.
Для рассматриваемого примера (рис. 2.3), если принять во
внимание первые шесть показателей качества Qi—Q6, при ука-
занных ниже затратах на каждый вариант (в тысячах марок)
получаются следующие результаты:
I вариант	II вариант	III вариант
К=17	29	40
^ = 0,33	0,77	0,71
k = 51,5	40,8	56,3
Вариант II дает самые низкие удельные затраты, а вари-
ант III — самые высокие. Поэтому на основе этого подхода ва-
26

риант II является наилучшим решением, а вариант III-—наи-
худшим.
Следует обратить внимание, что во всех случаях назначение
оценок согласно выражению (2.1) и задание весовых коэффи-
циентов в соответствии с выражением (2.4) зависят от субъек-
тивной точки зрения проектировщика. Поэтому последний дол-
жен всегда тщательно избегать слишком оптимистических
оценок.
2.2. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ И УТОЧНЕНИЕ ПОСТАНОВКИ ЗАДАЧИ
Целью анализа проблемы является создание исходной базы
для проектирования оптимальной (с точки зрения народнохо-
зяйственных задач) системы привода за счет возможно более
точной и полной формулировки предъявляемых к системе при-
вода обязательных и минимальных требований и пожеланий.
Как необоснованно высокие, так и слишком заниженные требо-
вания к определенным характеристикам системы привода при-
водят к неудовлетворительным решениям, в результате чего,
с одной стороны, получаются неоправданно высокие затраты,
а с другой — снижается ценность самого проекта из-за того, что
некоторые важные характеристики системы не удалось реали-
зовать.
Из всего множества требований предполагаемых заказчиков
необходимо отсеять наименее существенные и выбрать в каче-
стве основы для серийного производства привода наиболее ха-
рактерные требования, которые должны быть разработаны та-
ким образом, чтобы типовая серия приводов, кем бы она ни
выпускалась, отвечала возможно более широкой области при-
менения.
Для уточнения постановки задачи необходим большой опыт
и тесное сотрудничество представителей различных специально-
стей. Чтобы обеспечить их взаимопонимание и создать основу
для соответствующих договоренностей, необходимо однозначное,
четкое и понятное для различных специалистов описание взаи-
модействия системы привода с рабочей машиной, сетью и вы-
шестоящим уровнем управления. Для этого наряду со словес-
ным описанием и описанием с помощью уравнений все большее
значение приобретают такие наглядные средства описания, как
диаграммы состояния (графики последовательности включения),
структурные схемы, блок-схемы программ, а также их модифи-
кации.
2.2.1. Анализ и описание системы электропривод—рабочая
машина. Цель данного анализа состоит в том, чтобы выяснить,
какие процессы движения должен реализовать привод и какие
моменты или силы противодействуют движению. Знание этого
является основой как для расчета параметров двигателей и дру-
гих звеньев силовой части, так и для проектирования системы
управления и регулирования привода.
27

Характеристикой механического вращательного движения яв-
ляется угловая скорость
<о = /(0,	(2.7)
а для линейного привода — линейная скорость
v = f(t).	(2.8)
Эти переменные вместе с производными величинами — уг-
лом поворота (угловым перемещением)
<р = (<вЛ	(2.9)
или соответственно путем (линейным перемещением)
x=$vdi,	(2.10)
а также угловым или соответственно линейным ускорением
могут быть представлены в трехмерном фазовом пространстве
(рис. 2.4). В фазовом пространстве возможно полное описание
процесса движения в зависимости от времени [2.8]. В приводах
с неограниченным перемещением знание угла поворота или ли- 4
нейного перемещения не представляет интереса, поэтому фазо-
вое пространство превращается в фазовую плоскость.
Исходя из требований технологического процесса, следует
установить:
каким образом должна регулироваться угловая или линей-
ная скорость — непрерывно, дискретно или, в особых случаях,
по принципу включено—выключено;
в каком диапазоне и с какой точностью и воспроизводи-
мостью должна регулироваться угловая (линейная) скорость
или, при ограниченном движении, угол поворота (линейное пе-
ремещение) ;
какое требуется угловое или линейное ускорение.
Предельные значения угла поворота, угловой скорости и ус-
корения (или предельные значения соответствующих величин
для линейного движения) определяют границы той части фазо-
вого пространства, в которой привод фактически может рабо-
тать. В пределах установленных таким образом границ процесс
движения может быть оптимизирован (см. гл. 5).
Состояние механической части системы привода, в частно-
сти системы, состоящей из нескольких двигателей, характеризу-
ется энергией вращающихся (или движущихся поступательно)
масс. Так как эта энергия определяется угловой или линейной
скоростью движущихся частей, то скорость является перемен-
ной состояния системы. Система привода с п движущимися мас-
сами описывается ц-мерным вектором состояния угловой ско-
рости. Этот вектор состояния характеризует в n-мерном про-
странстве состояний движение системы [2.8] (рис. 2.5).
28

Рис. 2.4. Представление переменных, характеризующих процесс движения
исполнительного привода: а — в виде функций времени; б — в виде векторов
в фазовом пространстве
Штриховая линия — ограничение полезного фазового пространства
Рис. 2.5. Изображение переменных состояния трехдвигательного электропри-
вода: а — в виде функции времени; б—в виде вектора в пространстве
состояний
томатных графов; в — описание
последовательности включений и выключений с помощью диаграммы
Xi — двигатель водяного насоса (первая переменная состояния); х2 — двигатель мас-
ляного насоса (вторая переменная состояния); ei — команда иа включение; е2 — тем-
пература масла достаточна; — команда на отключение; е*— имеется неисправность;
вб— время предварительного запуска масляного насоса выдержано (3 мин); е&~
время инерционного выбега масляного насоса выдержано (5 мин); е7 — нарушение
режима работы масляного насоса
29

Задачей описания системы электропривод — рабочая машина
является, таким образом, количественная характеристика век-
тора состояния требуемого процесса движения. Такая характе-
ристика включает в себя наряду с уже названными аспектами
ответ на вопрос, какие зависимости между переменными, харак-
теризующими движение отдельных масс, должны быть соблю-
дены и с какой точностью. Эти зависимости ограничивают об-
ласть в пространстве состояний, в которой может находиться
вектор состояния.
Описание системы с помощью переменных состояния явля-
ется основой для моделирования и оптимизации сложных си-
стем.
В то время как вектор состояния непрерывных систем в пре-
делах некоторой ограниченной области может изменяться непре-
рывно, вектор состояния дискретной системы может принимать
лишь конечное число дискретных значений. Благодаря этому
описание в форме пространства состояний систем электропри-
вода, двигатели которых могут принимать только два состояния
(работа и остановка), значительно упрощается. Система с п
приводами может принимать 2п состояний. Их можно предста-
вить как узлы (вершины) графа. Возможные переходы состоя-
ний изображаются ветвями (ребрами) графа, на которых отме-
чают условия перехода состояния (входные переменные). Если
выходные переменные не совпадают с переменными состояния,
их также можно отметить. Таким образом, получается изобра-
жение состояний в форме автоматного графа.
Эта форма изображения использована на рис. 2.6 для описания требова-
ний к приводу водяного насоса. В данном примере необходимо, в частности,
чтобы обеспечивались предварительный запуск и инерционный выбег масля-
ного насоса и чтобы в случае неисправности установка отключалась. Пока
соблюдается однозначная временная последовательность состояний системы,
для описания взаимосвязей можно использовать временную диаграмму, так
называемую диаграмму последовательности включений. В данном примере
следовало бы отдельно изобразить рабочие процессы включения и выклю-
чения, а также процессы возникновения неисправностей.
В табл. 2.1 представлены типовые требования к точности
процессов движения, осуществляемых электроприводами,
а также к быстродействию этих приводов.
Процессу движения в рабочей машине противодействуют мо-
мент или сила сопротивления
mw==/:(®; 0 или fw = Hv', 0	(2.12)
и динамические момент или сила
— -аГкнн Или	fd= ——Гкнн-,	(2.13)
и dt	1 v dt	'
которые учитывают изменение кинетической энергии движущейся
массы в переходных процессах.
30

Таблица 2.1. Требования к точности и быстродействию
приводов некоторых рабочих машин
Рабочая машина	Максимальная ошибка. %	Частота среза*, с-1
Непрерывные прокатные станы: частота вращения высота петли натяжение полосы	0,5 I 5	50—100 10—20 50—80
Ножницы: скорость положение (места среза)	0,1—0,05 1—0,3	50—80 25—40
Бумагоделательные машины: скорость полотна** соотношение скоростей соседних секций	0,1 0,01	100
Каландры для обработки синтетических материалов: скорость полотна соотношение скоростей соседних секций	0,5	50
Механизмы подачи станков: скорость точность позиционирования * * *	0,5 0,001—0,0001	100 50
*	Частота среза характеризует необходимую скорость изменения со-
ответствующей переменной, а также быстроту отработки возмущений.
*	* Особого внимания требует обеспечение постоянства скорости.
*	** Особого внимания требует воспроизводимость.
Двигатель должен сообщить приводному валу рабочей ма-
шины момент
m =	0 + -^-—rj-H-	(2.И)
или силу
v di
Эти величины являются основой для расчета параметров
двигателя. Поэтому при описании системы электропривод —
рабочая машина следует установить:
как велики сила или момент сопротивления, противодейст-
вующие движению, и каковы возникающие при этом динамиче-
ская сила или динамический момент.
31

Рис. 2.7. Случайный процесс %г(0
Момент сопротивления воз-
никает как прямое следствие
самого процесса работы,
а также из-за наличия трения
в машине. В частности, вслед-
ствие воздействия технологи-
ческого процесса момент сопротивления лишь приблизительно
можно считать детерминированным. Фактически имеет место
случайный процесс (рис. 2.7) [2.9, 2.10], характеристики кото-
рого описываются функцией плотности распределения Гаусса
(*-*)2
1	2<У2
Р (х) = - 1 е ,	(2.15)
-у 2л ох
а во временной области этот процесс характеризуется автокор-
реляционной функцией
ФхДт) = Ит-^+/ x{t)x{t±x)dt.	(2.16)
Т-юо 21 —т
Здесь x(t) — рассматриваемый случайный процесс; х — матема-
тическое ожидание случайного процесса; х2 — квадрат действую-
щего значения (второй начальный момент) случайного процесса;
<тх = д/х2—(х)2 — среднее квадратическое отклонение слу-
чайного процесса; xT(t) — случайный процесс, рассматриваемый
на интервале — Т’^^ + Г.
Наряду с автокорреляционной функцией для характеристики
случайного процесса служит также плотность мощности (энер-
гетический спектр)
(®) = Ит [Хт (7 а»)]2,
Т-^оо 21
(2Л7)
где
+°°
(/со) = J хг (0 e4u,tdt.	(2.18)
—оо
С помощью интегрирования уравнения (2.17) можно опре-
делить полную мощность случайного процесса, например мощ-
ность потерь в сопротивлении
оо
PV = RS Sxx^)da.	(2.19)
о
Используя специальные вычислительные устройства, случай-
ный процесс можно отделить от постоянных и периодически из-
меняющихся детерминированных составляющих. Параметры ав-
токорреляционной функции и спектра плотности мощности мо-
32

Рис. 2.8. Спектр плотности мощности Тока
якоря в электроприводе клети прокатного
стана
Л2'С
20-103
^16- Ю3
41	7
8-103
ii-103
Случайный процесс центрирован, т. е. постоян-
ная составляющая при измерении была исклю-
чена. Доля случайной составляющей—24 %, пе-
риодической — 15 %. Кривая 1 — случайная со*
Г°°	1
ставляющая; I S <$.-,• (со) tfco I =342-103 А2; кри-
1_0	_]случ
вая 2 —случайная и периодическая составляю-
[оо	-1
$ (to) do I =210-103А2
О	_]период
О М 80	120	160	200	2^0	280 Гц 520
гут быть определены и положены в основу точного расчета при-
вода. Один из примеров показан на рис. 2.8.
Как правило, вполне достаточно описать момент сопротив-
ления как детерминированную функцию времени:
(0 = “Ь S ^vsin ('V®/-]-tpv).	(2.20)
V=1
Здесь и — самая низкая круговая частота периодической со-
ставляющей момента сопротивления.
Периодические составляющие момента сопротивления тре-
буют особого внимания в тех случаях, когда они могут быть
причиной колебательных явлений в системе привода. Выпол-
нить предварительный расчет момента сопротивления часто бы-
вает трудно. Как правило, пользуются оценками с относительно
высоким запасом. Для проверки желательно провести измере-
ния на уже изготовленных установках. В двигателях постоян-
ного тока с независимым возбуждением для этого достаточно
измерить ток якоря.
Кинетическая энергия, запасенная в движущихся массах при-
водной машины,
№кии=7-^-	(2.21)
является функцией как угловой скорости, так и момента
инерции. В некоторых случаях, например в приводах центрифуг,
2 Заказ № 1446	33

Момент инерции не постоянен, а представляет собой функцию
угловой скорости и, следовательно, времени. Для динамиче-
ского момента получаем
т =	=(2.22)
a dt	dt 2 dt
Значение момента инерции должно быть определено с уче-
том механических параметров рабочей машины.
Реализуемые динамические процессы требуют особого вни-
мания при анализе взаимодействия системы привода с сетью,
рабочей машиной и вышестоящим уровнем управления. Из та-
кого анализа необходимо определить возмущения, действую-
щие на систему привода. Поэтому нужно иметь ясность в сле-
дующих вопросах:
если к процессам пуска и торможения двигателей предъявля-
ются особые требования, то в переходных (неустановившихся)
режимах работы нужно соблюдать определенные предельные
значения ускорения; в связи с этим необходимо установить,
какие значения времени пуска и торможения при этом тре-
буются.
В регулируемых приводах, кроме того, важно определить:
какие возмущения являются существенными, в каком диапа-
зоне значений должны быть отработаны эти возмущения, ка-
кова максимально допустимая динамическая ошибка регулиро-
вания, каковы должны быть значения времени регулирования и
времени нарастания (см. гл. 5) при изменении задающих и воз-
мущающих воздействий.
В высококачественных регулируемых приводах, особенно на
очень низких скоростях, встречается определенная неравномер-
ность хода, которая ограничивает диапазон регулирования ча-
стоты вращения. В связи с этим следует установить:
какую неравномерность угловой скорости можно допустить
при заданной частоте вращения.
В некоторых случаях вред, наносимый технологическому про-
цессу при неисправностях привода, оказывается настолько су-
щественным, что это заставляет предусматривать резервные
приводы.
Следует также установить:
какие требования предъявляются к надежности снабжения
механической энергией, какие значения средней наработки на
отказ допустимы для системы привода, какие имеются возмож-
ности для электроснабжения приводов в случае аварии.
2.2.2.	Анализ и описание системы электропривод — сеть
[2.11, 2.12]. Целью данного анализа является выделение тех
параметров сети, которые непосредственно влияют на работу
системы электропривода. Следует иметь в виду, что в резуль-
тате подключения электропривода эти параметры могут изме-
няться. Анализ этих изменений с учетом элементов самой си-
стемы электропривода и соседних потребителей позволяет опре-
34

делить условия, налагающие ограничения на структуру и режим
работы системы электропривода.
Существенными параметрами сети в точке подключения яв-
ляются:
номинальное напряжение Un',
длительно допустимое отклонение напряжения U от номи-
нального значения;
кратковременно допустимое отклонение напряжения U от но-
минального значения;
номинальная мощность подключаемых агрегатов;
переходное реактивное сопротивление короткого замыка-
ния Xn',
переходная мощность трехполюсного короткого замыкания
S'k з = U2n/XN',
эквивалентное активное сопротивление сети в точке подклю-
чения как оценочная величина.
Как правило, сеть в точке подключения предполагается без-
резонансной. В таком случае она может быть представлена
в виде идеального источника напряжения и переходного реак-
тивного сопротивления короткого замыкания. Не исключена воз-
можность возникновения резонанса за счет параллельной ра-
боты активно-индуктивных и емкостных потребителей на уча-
стке подключения. Таким образом, общая схема сети имеет вид,
показанный на рис. 2.9. Рациональным выбором опорной точки
1 можно привести большинство встречающихся на практике се-
тей к этой основной схеме. В противном случае необходимы
специальные исследования сети, что выходит за рамки данной
книги.
В связи с широким применением вентильных приводов и учи-
тывая, что от одной сети может одновременно питаться не-
сколько параллельно работающих потребителей, к синусоидаль-
ности напряжения сети предъявляются особые требования. На
основе анализа гармонического состава можно указать следую-
щие параметры напряжения сети:
действующее значение
(2.23)
(для
коэффициент искажения
v = U1IUe-,	(2.24)
коэффициент гармоник
k« = Л/ Ё Uv = Vl—v2;	(2.25)
ие У v=3	•- . • v 7
35

Рис. 2.9. Обобщенная
схема сети трехфазного
тока
Рис. 2.10. К определению парамет-
ров качества напряжения сети
«/у (О — огибающая кривой напряжения
(синусоидальной формы); u\{t) — основная
гармоника напряжения
коэффициент несинусоидальности
(2.26)
Ui у v=3	v
При этом имеют место следующие соотношения:
^ + v2=l; a = kulv.	(2.27; 2.28)
Высшие гармоники должны быть учтены до v=13 для
6-пульсных выпрямительных схем и до v = 25 для 12-пульсных
схем. Определенные выше параметры можно использовать
также и для токов. Отклонение формы напряжения сети от си-
нусоидальной можно описать также непосредственно через ха-
рактеристики временной функции. Такое описание выгодно ис-
пользовать при расчете параллельной работы вентильных при-
водов, вращающихся машин и компенсационных устройств на
основе переменных состояния (см. § 3.2). Исходя из рис. 2.10,
можно указать следующие параметры напряжения:
действующее значение
Ue = \	(2.29)
V Т о
глубину провала
Ди=|ин(0—«(01;	(2-30)
огибающую напряжения «н (приблизительно синусоидаль-
ной формы);
ширину провала А/;
площадь провала FU^A«A/;
36

Таблица 2.2. Отклонение параметров напряжения
на сборной шнне от номинальных значений
Предписание	Сеть (ГОСТ 13109—67)	Выпрями- тели	Двигатели	Конденсаторы
Допуски на напряже- ние	(0,95 . . . . . .l,05)t/w	(0,925 . . . . . .1,05) UN 0,85UN в течение 0,5 с	(0,95 . . . . . .1,05) UN	Менее 1,1 U fj
Отклонение от синусои- дальной формы (вре- менная функ- ция)	—-	а < 5 % * 0,5&IiV в течение 1,5 мс	а < 5 %	—
Отклонение от синусои- дальной формы (гар- монический анализ)	о-с 5 %**	Uv/U sc С С = 0,05 до v = 13; С= 0,01 до v = 100	ku^z5 %	Ограничение действующего значения тока /е sc 1,3/)у
* Без подключения выпрямителя.
** Рекомендовано о = 0,02 . . . 0,03.
суммарную площадь провалов напряжения, приходящихся
Т'2
на одну полуволну, У, Fu.
о
Исходя из приближенного равенства вольт-секундных пло-
щадей
Т/2	Т/2	TI2	Т]2
I u^dt^ u(T)di=S uH(t)dt-XFu, (2.31)
ООО	о
для основной гармоники можно записать
Т/2 '
(2.32)
Т 0
В качестве относительных параметров можно задать:
мгновенное значение провала напряжения
Au	AlZ	,0 QQ\
ci —	j	(2.33)
Uh
площадь искажений
Т.2
f=~--------.	(2.34)
U1T	’
37

Рис. 2.11. Схема измерения полного
сопротивления сети в зависимости от
частоты
/ — генератор частоты 0,1—10 кГц; 2 —
усилитель мощности; 3 — схема подключе-
ния к сети и съема измеряемых сигна-
лов; 4 — фильтр для подавления основ-
ной гармоники; 5 — множительное устрой-
ство; 6 — устройство индикации и реги-
страции
5
Допуски на напряжение сборной шины, установленные стан-
дартами и инструкциями для сети, выпрямителей, трехфазных
машин и мощных конденсаторов, приведены в табл. 2.2.
Данные предписания не являются безупречными. До вклю-
чения выпрямителя требуется практически синусоидальное на-
пряжение сети, после его включения допустимо появление ком-
мутационных провалов. Таким образом, подключение второго
вентильного привода не допускается. Также невозможна парал-
лельная работа вентильного привода с трехфазным двигателем,
если имеет место максимально допустимая глубина коммутаци-
онных провалов напряжения выпрямителя, хотя в результате
этого в трехфазной машине происходит лишь незначительное
повышение потерь (см. § 3.2). Для экономичного использования
вентильных приводов разумно допускать для промышленных
сетей большие отклонения напряжения от синусоидальной
формы, чем для сетей общего пользования.
В некоторых случаях необходимо измерять параметры сети
в точке подключения [2.13, 2.14, 2.15]. Переходное реактивное
сопротивление короткого замыкания сети ориентировочно
можно рассчитать, исходя из значения падения напряжения при
прямом включении двигателя с короткозамкнутым ротором (см.
§ 2.4). Для более точных исследований определяется полное со-
противление сети в зависимости от частоты. Возможный прин-
цип измерения показан на рис. 2.11.
Показатели отклонения формы напряжения сети от синусои-
дальной на основе описания в терминах пространства состоя-
ний можно вывести непосредственно из диаграммы напряжения
сети. Следует оценить глубину коммутационного провала на-
пряжения Ди, его площадь Fu и число провалов, приходящихся
на каждую полуволну.
Параметры гармоник напряжения сети можно определить на
основе гармонического анализа (рис. 2.12).
38

Рис. 2.12. Измерительная схема для гармонического анализа напряжения
сети
1—делитель входного напряжения; 2 — фильтр основной частоты; 3— узкополосный
анализатор (настраиваемый); 4 — блок частотного управления; 5 — блок индикации
и обработки данных
2.2.3.	Анализ и описание системы электропривод—оператор.
Системы привода или машины и агрегаты, в которых они уста-
новлены, прямо или косвенно контролируются и управляются
человеком. Работа обслуживающего персонала заключается
в том, чтобы, исходя из информации, поступающей с устройств
измерения и индикации, оценить состояние машины или уста-
новки (или протекающий в них процесс) и на основании этого
в соответствии с имеющимися предписаниями, инструкциями и
опытом принять решение относительно того, какие действия
следует предпринять оператору, после чего осуществить их пу-
тем воздействия на соответствующие органы управления.
Человек в сфере обслуживания машин, систем машин или
установок выполняет, таким образом, в первую очередь инфор-
мационные операции, что требует от него преимущественно со-
ответствующей реакции, способности к сосредоточению, вос-
приятию, запоминанию и мышлению. Понятно, однако, что воз-
можности человека в этом отношении ограниченны. Так, напри-
мер, человек осознанно может обработать поток информации
объемом не более 10—20 бит/с [2.16] и время его сенсорно-мо-
торной реакции (время с момента восприятия, например, опас-
ной ситуации до соответствующей ответной реакции) даже
после интенсивной тренировки не может быть ниже 100 мс
[2.17].
В связи с этим обеспечить эффективность управления,
а также высокую производительность обслуживаемой установки
(т. е. свести к минимуму вероятность ошибочной интерпретации
результатов измерения, принятия неправильного решения и не-
верных действий оператора со всеми вытекающими, иногда да-
леко идущими экономическими последствиями) можно только
в том случае, если:
во-первых, информационный обмен в системе человек — ма-
шина организован так, что учитываются присущие человеку осо-
бенности и не превышается психофизический предел его воз-
можностей;
во-вторых, внешние условия работы в этой системе таковы,
что не причиняют большого ущерба таким качествам обслужи-
39

вающего персонала, как быстрота реакции, внимательность в те-
чение длительного времени, способность к принятию решений.
Практически это можно обеспечить:
с помощью научной организации труда, а также за счет ра-
ционального размещения, конструктивного оформления и ок-
раски устройств индикации и органов управления;
путем применения антропометрических (т. е. согласованных
с физическими параметрами человека) конструкций пультов уп-
равления;
путем установления для обслуживающего персонала посиль-
ной нагрузки в отношении количества решений, принимаемых
в единицу времени, особенно в аварийных случаях;
за счет создания соответствующих внешних условий (обзор-
ность, освещенность, температура помещения) и устранения ме-
шающих работе посторонних воздействий (шум, шорохи и дру-
гие помехи), снижающих внимание и работоспособность обслу-
живающего персонала.
Соответствующие указания и правила можно найти в рабо-
тах [2.18, 2.19].
С учетом этих аспектов в процессе уточнения и дополнения
технического задания на проектирование должны быть выяс-
нены или согласованы, особенно при проектировании систем
электропривода, следующие (либо аналогичные) вопросы:
как должно осуществляться включение приводов — по от-
дельности или группами, непосредственно с места или с цен-
трального пульта;
требуется ли аварийное отключение электроприводов и куда
должно поступать сообщение об аварийном отключении;
предусмотрено ли для индивидуальных или групповых при-
водов резервное питание или аварийное электроснабжение и
как должно происходить переключение — вручную или автома-
тически;
какая информация должна быть выдана обслуживающему
персоналу или зарегистрирована, чтобы обеспечить эффектив-
ное наблюдение за процессом и быстрое распознавание неис-
правности в случае аварии;
какие решения в случае аварии должен принять обслужи-
вающий персонал и какие операции выполнить;
какими должны быть аварийные сигналы (оптическими, аку-
стическими или комбинированными);
в каких случаях вмешательство оператора должно быть за-
протоколировано или зарегистрировано;
каковы требования техники безопасности и какие мероприя-
тия следует провести для исключения неквалифицированных
или случайных действий оператора.
2.2.4.	Анализ и описание возмущений, действующих на электропривод, и
влияние электропривода на внешнее окружение. Важнейшие возмущения,
действующие на систему электропривода извне, и возможные воздействия
самой системы электропривода на внешнее окружение указаны в § 1.2.
40

Прежде чем приступить к целенаправленному проектированию, т. е. к на-
хождению решения, удовлетворяющего согласованным требованиям к работе
электропривода в ожидаемых условиях эксплуатации и не допускающего
нежелательных воздействий на окружающую среду и людей, нужно выяс-
нить ряд других вопросов. Ниже рассматриваются сначала вопросы, касаю-
щиеся различных сторон поведения системы привода, в том числе ее устой-
чивости к возмущениям и влиянию окружающей среды, а именно:
как должна реагировать система привода на кратковременно допусти-
мые механические перегрузки; с предупреждением или без предупреждения
происходит отключение с выдержкой времени;
какие меры необходимы для прекращения движения; как должно про-
исходить отключение — мгновенно или с выдержкой времени;
какие статические отклонения напряжения сети допускает система при-
вода;
каких перенапряжений и других возмущений со стороны сети следует
ожидать на участке подключения;
какие меры необходимо принять при исчезновении или недопустимом
понижении напряжения сети с целью защиты системы привода или во избе-
жание нарушения работы приводимого устройства — отключение или пере-
ключение на агрегат аварийного питания;
подвержены ли устройства обработки информации, входящие в состав
системы привода, воздействию электрических и (или) электромагнитных полей;
какие прочие внешние воздействия (воздействия, связанные с эксплуа-
тацией, транспортировкой, хранением, а также нагрузки при испытаниях)
должна выдерживать система привода и на какую степень защиты она дол-
жна быть рассчитана (защита от прикосновения с токоведущими частями,
от попадания внутрь корпуса твердых посторонних тел, от проникновения
воды).
Относящиеся к последнему пункту виды воздействий, типы исполнения,
степени защиты, а также требования и меры по предотвращению вредного
влияния окружающей среды содержатся в соответствующих стандартах, на-
пример:
ГОСТ 15150—69
(СТ СЭВ 458—77,
СТ СЭВ 460—77)
ГОСТ 17494—72
Машины, приборы и другие технические изделия.
Исполнения для различных климатических рай-
онов. Категории, условия эксплуатации, хранения
и транспортирования в части воздействия клима-
тических факторов внешней среды
Машины электрические вращающиеся. Степени за-
ГОСТ 15543—70
ГОСТ 17516—72
ГОСТ 23216—78
щиты
Изделия электротехнические. Исполнения для раз-
личных климатических районов. Общие техниче-
ские требования в части воздействия климатиче-
ских факторов внешней среды
Изделия электротехнические. Условия эксплуатации
в части воздействия механических факторов внеш-
ней среды
Изделия электротехнические. Хранение, транспорти-
рование, консервация, упаковка. Общие требова-
ния и методы испытаний
ГОСТ 14254—80	Изделия электротехнические. Оболочки. Степени за-
щиты. Обозначения. Методы испытания
Некоторые пояснения.
В отношении воздействий, связанных с эксплуатацией изделий (узлы,
машины, приборы, установки), следует различать:
воздействия, обусловленные преимущественно метеорологическими (кли-
матическими) факторами;
воздействия, обусловленные главным образом техническими причинами.
Воздействия первого типа определяются в основном макроклиматиче-
скими условиями соответствующего климатического района. Пригодность из-
делия для этих условий эксплуатации характеризуется классом исполнения.
Обозначение классов исполнения составляется из сокращенного обозначения
41

соответствующего климатического района, для которого пригодно изделие,
и сокращенного обозначения категории размещения.
Пример:
Обозначение климатического района (из-,
делие пригодно для эксплуатации в райо-
нах с умеренным и умеренно холодным
климатом)
Обозначение категории размещения (из-
делие предназначено для эксплуатации
под открытым небом)
и категориям раз-
(суммарное излуче-
Соответствующие отдельным климатическим районам
мещения значения метеоролого-климатических факторов
ние, температура и относительная влажность воздуха и др.) и интенсивность
характерных дополнительных воздействий, обусловленных наличием ветра,
пыли и песка, а также жидких и твердых осадков (дождь, роса, конденсат,
снег, иней, изморозь), указаны в ГОСТ 15543—70.
Воздействия второго типа представляют собой преимущественно микро-
климатические и механические воздействия со стороны технических уст-
ройств непосредственного и косвенного окружения данного устройства. Это
в основном тепловые воздействия, загрязнение воздуха, воздействие пыли и
водяных брызг, условия, благоприятствующие образованию плесени, а также
механические колебания и удары. Пригодность изделия к эксплуатации в та-
ких условиях характеризуется его принадлежностью к классу эксплуатации
в соответствии с ГОСТ 17516—72 и описывается последовательностью цифр,
представляющей собой ряд допустимых при эксплуатации значений клима-
тических параметров и кодовых цифр для других установленных
воздействий, при которых изделие
стандартом
может надежно работать.
Пример:
/min — минимально допустимая
тем- —10/ +70/ +35/ 90// 1
3 1 0
пература воздуха, °C
/тах — максимально допустимая
пература воздуха, °C
/(Утах — максимальная температура
воздуха, °C, которая может
иметь место в сочетании с Птах-
17тах — максимально допустимая от-
носительная влажность, %
Кодовая цифра
водяных брызг»
Кодовая цифра
ния воздуха»
Кодовая цифра
ности появления плесени»
Кодовая цифра для «механи-
ческих колебаний и ударов» •
тем-
для «пыли и
для «загрязне-
для «возмож-
Ряды для выбора /Шш, /шах, + шах и Птах, а также установленные
стандартом значения или области значений для воздействий, обозначенных
кодовыми цифрами, можно найти в ГОСТ 17516—72.
Следующей важной характеристикой изделий является степень защиты
по ГОСТ 14254—80. Она характеризует степень механического экранирова-
ния подвижных или токопроводящих частей внутри машины или устройства
с целью защиты персонала от соприкосновения с ними, а также степень за-
42

щиты встроенного в корпус оборудования от попадания твердых посторонних
тел и от проникновения воды. Она задается условным обозначением, состоя-
щим из букв и двух цифр, и указывает на готовность рассматриваемого из-
делия к работе. Первая цифра в условном обозначении характеризует защиту
от соприкосновения и попадания твердых тел, вторая — защиту от проникно-
вения воды.
Пример:	IP 5 4
Первая цифра------------------------—---------------------1
(защита от вредного скопления пыли внутри корпуса)
Вторая цифра-------------------------------------------------
(защита от попадания водяных брызг с любого направления)
Если для изделия не требуется или не испытан какой-либо вид защиты,
то вместо соответствующей цифры ставится буква X, например IP ХЗ.
При конкретизации технического задания на проектирование следует
наряду с определением возмущений, действующих на систему привода, про-
вести анализ сопутствующих воздействий, ожидаемых от системы привода
(см. § 1.2), в сочетании с заданными условиями окружающей среды с целью
выявления их последствий. При этом надо согласовать соответствующие тре-
бования или меры, направленные на то, чтобы с большей вероятностью из-
бежать слишком сильного влияния этих воздействий на окружающую среду
и нанесения ей ущерба. В частности, в связи с опасностью, которую могут
представлять для обслуживающего персонала электрические и (или) меха-
нические воздействия, возможностью нанесения ущерба окружающей среде
в результате пожара или взрыва, возможностью облучения высокочастот-
ными электромагнитными полями, а также в связи с влиянием преобразовате-
лей на сеть необходимо выполнять предписания соответствующих стандартов.
В этих стандартах содержатся понятия и определения, касающиеся за-
щиты, указания по распознаванию опасных зон на рабочих площадках и
степени их опасности, а также мероприятия по защите и обеспечению без-
опасности и условия соответствующих испытаний.
В частности, в ГОСТ 12.1.009—76 подробно определены меры защиты
обслуживающего персонала от соприкосновения с находящимися под высо-
ким напряжением токоведущими частями:
защитная изоляция;
использование малых напряжений;
заземление и зануление;
защитное отключение и др.
Неукоснительное выполнение данных предписаний, касающихся устрой-
ства и конструктивного исполнения электроустановок, необходимо для пред-
отвращения появления недопустимо высоких напряжений прикосновения на
токоведущих частях, не относящихся к силовой цепи, в случае, когда в ма-
шинах, приборах и установках, изготовленных в полном соответствии с нор-
мами, возникают повреждения изоляции.
Системы электропривода содержат электрооборудование, в котором
в процессе нормальной эксплуатации или в случае неисправности может
появиться пожароопасное искрение, электрическая дуга или опасное повы-
шение температуры. Поэтому для эксплуатации такого оборудования в по-
жаро- и взрывоопасных местах, помещениях или зданиях оно должно быть
выполнено, испытано и промаркировано в соответствии с требованиями
ГОСТ 12.1.004—76 и ГОСТ 12.1.010—76. Вопрос о том, является ли место
эксплуатации пожаро- или взрывоопасным и на какую степень опасности
следует рассчитывать, решается в соответствии со стандартами, правилами
охраны труда и противопожарной защиты, и это решение фиксируется в до-
кументации на рабочее место («Оценка пожаро- и взрывоопасности»), яв-
ляющейся обязательной основой для всех мероприятий, проводимых в ’ходе
проектирования, изготовления и эксплуатации установки, а также при ее
обслуживании.
43

2.3.	ВЫБОР ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ РЕШЕНИЙ
Исходя из уточненного технического задания производится
выбор принципиальных решений в соответствии с шагом 2 блок-
схемы программы, приведенной на рис. 2.2. Необходимо вы-
брать такой вариант решения, который был бы близок по тех-
нико-экономическим показателям к оптимальному как для из-
готовителя привода, так и для заказчика.
2.3.1.	Построение силовой части. Механическая часть при-
вода преобразует вращательное движение двигателя во враща-
тельное или поступательное движение механизма. Сравнение
возможных принципов этого преобразования дано в табл. 2.3.
Для упрощения механической части в современных приводах
существует тенденция осуществлять передачу движения от дви-
Таблица 2.3. Реализация процессов движения
Вид дви- жения	Вращательное			Поступательное		
Выполня- емая задача	<о = f (f) при тур — f (<о, f)			v = / (0 при /г = f (v, t)		
Дополни- тельно со- блюдаемое условие	Отсутствие ограничений для процесса движения			Определенное ограни- чение процесса движения		
Возмож- ности реа- лизации	Реализация вращающи те; Безредук- торные вращатель- ные при- воды	с помощью хся двига- ей Согласова- ние враща- тельных движений двигателя и рабочей машины с помощью редуктора	Преобразо- вание ли- нейного движения во враща- тельное с помощью колеса, шестер ни, ходового винта		Реализация линейных Согласо- вание ли- нейных движений двигателя и рабочей машины с помощью рычажных механизмов	с помощью двигателей Безредук- торные линейные приводы
Примеры	Приводы обжимных станов, шаровых мельниц	Приводы компрессо- ров, шпин- делей то- карных и фрезерных станков	Тяговые приводы, приводы подачи, сервопри- воды, кра- новые при- воды		Упаковоч- ные машины	Приводы транспор- тировоч- ных под- донов, от- крывания дверей
44

Таблица 2.4. Приведение параметров вращательного
и поступательного движения
вращение -—Вращение
Поток анергии
Поступательное
движение
Вращение
Поток анергии
Постипательное	Поступательное
движение	движение
Поток анергии
1
тЦ7Л1 = «1Ц7Л
«Л! Т)
“л
Jam =J а ——
“м
— момент сопротивления рабочей
машины, приведенный к двигателю;
Jam—момент инерции рабочей ма-
шины, приведенный к двигателю
о л 1
mWM = twA^M-
- "л
Jam = тл ~~г~
“м
twM = fwA
VA 1
Ом Т)
тА М = тА —у—
VM
fwM — сила сопротивления рабочей
машины, приведенная к двигателю;
тАМ— масса рабочей машины, при-
веденная к двигателю
гателя как можно более децентрализованным путем и без ис-
пользования промежуточных звеньев в виде редукторов или
других механизмов. Наряду с экономией редукторов и связан-
ным с этим уменьшением габаритов, а также потерь при пере-
даче в безредукторных или с небольшим числом редукторов
приводах создаются условия для осуществления благоприят-
ного динамического режима (см. п. 4.1.4), и поэтому в некото-
рых случаях оказывается возможной реализация более высоких
рабочих скоростей и точности. С помощью безредукторных при-
водов можно преодолеть обусловленные наличием редукторов
ограничения по мощности или частоте вращения. С другой сто-
роны, редукторы позволяют согласовать двигатель с конкрет-
ным механизмом, благодаря чему становится возможным ис-
пользование стандартных двигателей. Для безредукторных
приводов, напротив, часто требуются специальные двигатели.
Поскольку редукторы находят применение, возникает задача
приведения параметров движения рабочей машины к двигателю.
Соответствующие формулы пересчета приведены в табл. 2.4.
45

м/м,—~	l/l,—-
Рис. 2.13. Типичный вид механической (а) и электромеханической (б) ха-
рактеристик двигателя с короткозамкнутым ротором
—начальный пусковой момент;	момент в седловине; —максимальный
(опрокидывающий) момент; —начальный пусковой ток; —частота вращения
при опрокидывании
Выбор типа двигателя в первую очередь определяется тре-
буемым характером регулирования частоты вращения. При-
воды, которые не требуют непрерывного регулирования частоты
вращения, оборудуются асинхронным двигателем с коротко-
замкнутым ротором. Применение таких двигателей ограничено
большими пусковыми токами при прямом включении и относи-
тельно высокими потерями при большой частоте включений
(рис. 2.13). Эти недостатки можно частично устранить путем
использования комбинации муфт с электромагнитным переклю-
чением или управлением (см. п. 4.1.2).
Для приводов непрерывного действия большой мощности
можно применять синхронные двигатели. При соответствующем
возбуждении они могут использоваться для компенсации реак-
тивных токов, а благодаря наличию некритического (в отноше-
нии насыщения магнитной цепи) воздушного зазора их можно
лучше согласовать с определенными конструкциями рабочих
машин. Особого внимания требует обеспечение устойчивости
при ударной или периодически меняющейся нагрузке. Устой-
чивость к медленным изменениям нагрузки можно повысить,
используя возбуждение, зависящее от тока якоря. Регулиро-
ванием тока возбуждения и угла поворота ротора можно
обеспечить устойчивость привода при быстрых изменениях на-
грузки, если обмотка возбуждения питается от выпрямительного
устройства (см. п. 4.3.2). Приводы с регулируемой частотой вра-
щения оснащаются в настоящее время преимущественно дви-
гателями постоянного тока. Используемые в этих приводах вен-
тильные преобразователи с естественной коммутацией позво-
ляют управлять якорным напряжением и, при необходимости,
напряжением возбуждения. Практическое значение регулируе-
мых электроприводов постоянного тока возрастает.
В табл. 2.5 приведены основные схемы вентильных преобра-
зователей. Критерием для выбора соответствующей схемы на-
ряду с затратами на вентили является степень пульсации вы-
46

Таблица 2.5. Основные схемы преобразователей для питания двигателей постоянного тока
Закон управления, число пульсаций	Ud — Udo cos а Шести пульсная	1 + cos а Ud - t/do	2 В основном трехпульсная	b'd= Udo cos а Трехпульсная
Область применения 1	Универсальное применение	Для питания обмоток возбуждения в приводах различных устройств, в осо- бенности малой мощности. При отсутст- вии шунтирующего диода выпрямленное напряжение в зоне Ud < 0,07Udo не ре- гулируется	Для реверсивных приводов небольшой МОЩНОСТИ Необходим нулевой провод
47

co
Продолжение табл. 2.5
Наименование	Схема		Область применения	Закон управления, число пульсаций
Однофазная	мостовая схема, полууправляемая	А У [к I -п- > К] йа А		Для нереверсивных приводов малой мощности, для питания обмоток возбуж- дения, для тяговых электроприводов	1 + cos а Ud — UdQ	g Двухпульсная с паузой
Однофазная схема	А ц ‘ Ud		Для бытовых нужд Р < 0,5 кВт	Однопульсная с паузой
Таблица 2.6. Реверсивные приводы постоянного тока
Наименование	Принципиальная схема		Требования к управлению	Время, необ- ходимое для полного ре- верса вра- щающего мо- мента, с	Область применения
Коммутация якорной цепи	А В С		Переключение должно про- исходить в обесточенном со- стоянии	0,2—0,3	Приводы с ограниченным числом переключений, в основ- ном ; небольшой мощности
Продолжение табл. 2.6
Наименование	Принципиальная схема						Требования к управлению	Время,- необ- ходимое для полного ре- верса вра- щающего мо- мента, с	Область применения
Схема реверса по цепи якоря			АВС Ж и5у/ - АВС ill u5z/-i /и. _				Необходимо	подавление уравнительного тока между вы- прямителями	0,1—0,2	Универсальное применение
Схема реверса по цепи возбуждения	АВС АВС ш ш						В период реверса возбужде- ния ток якоря должен быть ра- вен нулю	0,7—1,1	Медленно реверсируемые дви- гатели большой мощности (при- воды подъемников)
					/и-	/ и.			
				к	L-v-гч	_г			
Схема	генератор— двигатель (схема Лео- нарда)	А В С АВС Hl III						Требуется быстрое регулиро- вание возбуждения генератора и применение вентильных воз- будителей	0,2—0,3	Модернизация устаревших установок; приводы, питающие- ся от слабой сети
		W /и.		/в					
		(мУ			)пф				

Рис. 2.14. Импульсное управление двигателями постоянного тока: а — дви-
гательный режим; б — тормозной режим
прямленного напряжения. Такое же значение имеет возмож-
ность питания от сети трехфазного тока без трансформатора,
а также возможность исключения несимметричных нагрузок и
обратного влияния преобразователя на сеть. Из приведенных
схем важнейшей является трехфазная мостовая схема, которая
имеет (исключая приводы малых мощностей) универсальное
применение.
Реверсивные приводы постоянного тока требуют в любом
случае повышенных затрат (табл. 2.6). Основным вариантом яв-
ляется схема реверса по цепи якоря. В некоторых случаях более
экономичны коммутация якорной цепи с помощью механиче-
ского переключателя или реверсирование по цепи возбуждения.
Импульсные регуляторы напряжения как преобразователи
с искусственной коммутацией применяются для регулирования
напряжения двигателей постоянного тока, если источником
энергии является сеть постоянного тока, а также в автомоби-
лях, в которых питание осуществляется от батарей (рис. 2.14).
Кроме того, в качестве преобразователей они используются
в приводах с повышенным быстродействием, так как по сравне-
нию со схемами с естественной коммутацией они позволяют по-
лучить более высокую частоту следования импульсов. В частно-
сти, применяя импульсные регуляторы напряжения в сочетании
с релейным регулированием, можно экономически выгодно ре-
шить вопрос о питании обмотки возбуждения в синхронных дви-
гателях и в двигателях постоянного тока, а также о питании
якоря в небольших двигателях. Применение импульсных регу-
ляторов в сочетании с неуправляемым выпрямителем позволяет
уменьшить до допустимого уровня обратное влияние на сеть.
Основное преимущество регулируемых по частоте вращения
приводов переменного тока по сравнению с приводами постоян-
ного тока состоит в отсутствии чувствительного н дорогого в об-
служивании коммутатора. Несмотря на наличие многочислен-
ных разработок, регулируемые приводы переменного тока до
сих пор успешно применялись только в частных случаях
(табл. 2.7).
При использовании асинхронных двигателей с короткозамк-
нутым ротором и синхронных двигателей или реактивных дви-
гателей пригоден только принцип частотного управления. Неко-
торые важные возможности реализации этого принципа изло-
50

51


сч
Область применения	Подъемники, вентиляторы, приводы с повторно-кратковременным режимом ра- боты. Мощность двигателя Р < 50 кВт. Необходимы сопротивления в цепи ро- тора, возможен реверсивный привод	г Групповые приводы, высокоскоростные приводы, специальные приводы с син- хронными и асинхронными двигателями. Отсутствуют какие-либо ограничения по частоте вращения и мощности. Себестои- мость относительно велика
Семейство характеристик	&тах У правление	частотой вращения связано с по- терями	
Принципиальная схема		
Наименование	Управление изменением напряжения	1 1 Частотное управление
52

жены в § 3.7. Суммарные затраты при частотном управлении
еще относительно высоки, так что универсальная замена клас-
сического привода постоянного тока пока невозможна. Трех-
фазные двигатели с частотным управлением находят примене-
ние в таких приводах, которые нельзя реализовать с помощью
двигателей постоянного тока. Это высокоскоростные приводы,
регулируемые по частоте вращения групповые приводы, при-
воды предельной мощности, а также приводы, работающие
в экстремальных условиях.
Для определенных применений регулируемые приводы на
базе асинхронных двигателей с фазным ротором могут быть
более экономичными, чем приводы постоянного тока. Это отно-
сится прежде всего к нереверсивным приводам с ограниченным
диапазоном регулирования частоты вращения (вентильный кас-
кад), а также к приводам подъемников и вентиляторов.
2.3.2.	Организация управления и регулирования [2.20—2.22].
Исходя из установленных в результате анализа проблемы тре-
бований, можно определить общую структуру управления.
Нужно решить вопросы о типе сигнала, о необходимости введе-
ния обратных связей, о взаимосвязи между несколькими подле-
жащими управлению переменными состояния. Эти вопросы
тесно связаны с материальными затратами, необходимыми для
решения данной технической задачи, с возможностью использо-
вания типовых решений, с надежностью, помехоустойчивостью
установки, а также с условиями ее эксплуатации. Необходимо
также учитывать поведение сети при авариях.
В табл. 2.8 приведены сигналы, применяемые в автоматизи-
рованном электроприводе. Наряду с классическими двоич-
ными, аналоговыми и цифровыми сигналами следует обратить
внимание на частотно-аналоговые и фазоаналоговые сигналы,
в известном смысле соединяющие в себе преимущества анало-
говых и цифровых сигналов. Они обладают высокой разрешаю-
щей способностью и допускают непрерывное изменение. Их
можно легко преобразовать в цифровые сигналы, и, кроме того,
они поддаются запоминанию.
Преимущество аналогового сигнала состоит в возможности
простой реализации динамической коррекции контура регулиро-
вания с помощью операционных усилителей. Подобную задачу
можно решить и на основе цифровых сигналов, применяя соот-
ветствующие вычислительные устройства и схемы. Благодаря
использованию элементов с высокой степенью интеграции ма-
териальные затраты непосредственно на обработку сигналов
стали сравнительно небольшими, чего нельзя сказать о затра-
тах на измерительные элементы (датчики) и на устройства
ввода данных (задающие устройства). В связи с этим выбор
измерительных элементов влияет также и на выбор типа обра-
ботки сигналов.
С экономической точки зрения двоичные сигналы следует
предпочесть аналоговым, а аналоговые — цифровым, если при
53

8
Таблица 2.8. Сигналы в автоматизированных электроприводах
Тип сигнала
Наименование
Временная
диаграмма
Типовые задающие
устройства (устройства
ввода) и датчики
Типовые устройства
обработки сигналов
Другие критерии
выбора
1. Амплитудно-
аналоговый
сигнал (непре-
рывный сигнал
с изменением
амплитуды)
Потенциометры,
тахогенераторы, пре-
образователи по-
стоянного тока. Раз-
деление потенциалов
требует больших за-
трат
Суммирующие и
дифференцирующие
схемы, усилители
постоянного тока.
Для динамической
коррекции приме-
няются операцион-
ные усилители
Незначительные
затраты на аппарат-
ную реализацию.
Относительная чув-
ствительность к по-
мехам. Сигналы
практически не под-
даются запоминанию
Аналоговые сиг-
налы. Информацион-
ный параметр I в пре-
делах определенного
диапазона может при-
нимать любое значе-
ние
2. Частотно-ана-
логовый сигнал
(сигнал с непре-
рывным измене-
нием частоты
следования им-
пульсов)
Генератор ча-
стоты, импульсные
датчики частоты
вращения. Измере-
ние электрических
величин требует
больших затрат
Схемы совпадения,
счетчики. Динамиче-
ская коррекция осу-
ществляется путем
преобразования
в число-импульсный
сигнал (п. 6)
Высокая точность.
Относительная чув-
ствительность к по-
мехам. Сигнал легка
преобразуется в сиг-
налы п. 6 или п. 7
3. Фазоаналого-
вый сигнал
(сигнал с непре-
рывным измене-
нием фазового
сдвига)
Сельсин, индукто-
син, резольвер (циф-
ровой датчик угла)
Усилители. Выде-
ление разности фаз
и динамическая
коррекция осуще-
ствляются путем
преобразования в
сигналы п. 1 или
п. 6
Высокая точность.
Незначительные за-
траты на аппарат-
ную реализацию.
Помехоустойчивость.
Сигнал легко пре-
образуется в сиг-
налы п. 6 или п. 7
Продолжение табл. 2.8
Тип сигнала	Наименование	Временная диаграмма					Типовые задающие устройства (устройства ввода) и датчики	Типовые устройства обработки сигналов	Другие критерии выбора
Аналоговые сиг- налы. Информацион- ный параметр I в пре- делах определенного диапазона может при- нимать любое значе- ние	4. Сигнал, моду- лированный по длительности импульса						Датчики предель- ных значений	Усилители, рабо- тающие в ключевом режиме (широтно- импульсные преоб- разователи)	Весьма незначи- тельные затраты. Воз- можность очень бы- строго регулирова- ния
			/	J '					
			i						
Дискретные сиг- налы. Информацион- ный параметр I мо- жет принимать толь- ко одно из некоторого конечного числа зна- чений	5. Двоичный сигнал		Щ1				Переключатели, реле, датчики пре- дельных значений	Логические эле- менты, реле, схемы совпадения	Весьма незначи- тельные затраты на аппаратную реали- зацию
			t						
	6. Число-им- пульсный сиг- нал. 1 — число импульсов						Генератор часто- ты, импульсные дат- чики частоты вра- щения в сочетании	Счетчики, реги- стры. Динамическая коррекция осуще- ствляется	путем	Сигнал может быть запомнен и точно вос- произведен. Высо- кая точность. Сигнал
			ши	II	iimiii				
	тервале		Т		т	t	с генератором так- товых импульсов	управления счетчи-	можно легко пре- образовать в сиг- налы п. 7 или п. 8
								ками	

Продолжение табл. 2.8
Типовые задающие ( устройства (устройства 1 ввода) и датчики	Устройство считы- вания с перфоленты, устройства ввода ко- дированных данных, кодовые датчики ли- нейных и угловых перемещений i 1		
Временная диаграмма	МП.		1-^ i-to i+i 1^, jffii
Наименование	7. Цифровой по- следовательный код. Информа- ционные пара- метры: Ц, А>> • • Мл («>!)		1 8. Цифровой параллельный код. Информа- ционные пара- метры: /1( Jj, • . Мп (п > 1)
56

этом удовлетворяются технические требования. При выборе сиг-
налов нужно, однако, учитывать также вопросы рационального
изготовления, испытания и наладки необходимых функциональ-
ных модулей, а также возможности управления большими про-
изводственными установками при надежной и помехоустойчи-
вой обработке и передаче сигналов.
Структура системы управления и регулирования тесно свя-
зана с типом используемого сигнала. На рис. 2.15 дано сравне-
ние основных типовых структур. Разомкнутую систему управле-
ния, как правило, с двоичными, аналоговыми и частотно-анало-
говыми сигналами можно применять, если возмущающие воз-
действия не нарушают зависимость x=f(w) управляемой вели-
чины от задающей переменной. Наряду с двоичными и аналого-
выми системами с простыми требованиями к качеству управле-
ния на основе этой структуры (рис. 2.15, а) осуществляется
также управление высококачественными шаговыми приводами
с частотно-аналоговым входным сигналом.
Одноконтурные структуры используются в том случае, если
техническую задачу можно достаточно хорошо решить путем
контроля предельных или текущих значений хотя бы одной ве-
личины, например частоты вращения или тока. На основе из-
мерения предельных значений можно реализовать релейное ре-
гулирование с помощью логических элементов. При применении
бесконтактных коммутирующих элементов это является деше-
вым и выгодным с точки зрения динамики системы способом
регулирования токов, температуры, давления и других величин.
На основе измерения предельных значений строятся также про-
стые системы регулирования положения; в этом случае они как
бы приобретают структуру разомкнутой системы. Вообще ана-
логовые системы регулирования дороже, так как требуют по
меньшей мере одного измерительного элемента и одного уси-
лителя. Кроме простых случаев, в автоматизированных электро-
приводах необходимо регулирование нескольких величин, на-
пример частоты вращения и тока. Взаимодействие двух и более
контуров при наличии общего объекта регулирования можно
организовать в виде параллельного или подчиненного (каскад-
ного) регулирования (рис. 2.16). При параллельном регулиро-
вании переключающая схема определяет, какой из контуров ре-
гулирования работает в данный момент. Им может оказаться
контур с максимальным в данный момент отклонением регули-
руемой величины. Переключение осуществляется при аналого-
вом регулировании с помощью диодно-резисторной цепи, а при
цифровом регулировании — с помощью соответствующей схемы
управления.
При подчиненном регулировании внешний контур регулиро-
вания вырабатывает задающую величину для внутреннего кон-
тура. Вследствие этого все контуры постоянно взаимодействуют
друг с другом. Задача регулирования для внешнего контура уп-
рощается в связи с наличием подчиненного (внутреннего)
57

Рис. 2.15. Основные структуры одноконтурных систем регулирования: а—
разомкнутая система; б—релейная система; в — аналоговая система
а)
Рис. 2.16. Многоконтурные системы регулирования: а — параллельное регу-
лирование; б — подчиненное (каскадное) регулирование
Рис. 2.17. Иерархическая структура обработки сигналов
58


контура. При рациональном разделении объекта регулирования
на блоки каждый контур наряду с управлением некоторой пере-
менной состояния выполняет функцию компенсации большой по-
стоянной времени или существенной нелинейности. Принцип
подчиненного регулирования удобно реализовать с помощью си-
стемы унифицированных модулей. Поэтому этот принцип для
аналоговых систем является предпочтительным.
Обобщением принципа подчиненного регулирования явля-
ется представленная на рис. 2.17 иерархическая структура об-
работки сигналов, которая применяется для непрерывных тех-
нологических линий производства проката, бумаги, корда и т. д.
На уровне регулирования приводов должны располагаться си-
стемы регулирования тока и частоты вращения отдельных дви-
гателей. Задающие величины для них поступают от вышестоя-
щего уровня регулирования отдельных технологических процес-
сов. к этому уровню должны быть отнесены, например, системы
регулирования положения, синхронного вращения, натяжения
полосы (ленты), а также высокоточные (по требованиям техно-
логии) системы регулирования частоты вращения. Технологиче-
ские контуры регулирования служат для управления процессом
обработки с учетом технологической связи между отдельными
приводами. Для реализации управления необходимо измерение
соответствующих переменных состояния технологического про-
цесса, таких, как положение, толщина и натяжение полосы. За-
дающие величины вводятся оператором или поступают с выше-
стоящего уровня управления процессом. Устройства, относя-
щиеся к этому уровню, управляют ходом технологического про-
цесса в соответствии с технико-экономическими критериями оп-
тимизации. Для выполнения этой задачи необходимы измере-
ние и обратная связь по соответствующим переменным состоя-
ния процесса.
Преимущество представленной иерархической структуры по
сравнению с непосредственным управлением от вычислительной
машины всеми локальными системами привода заключается
в возможности проектирования, изготовления и наладки от-
дельных приводов и отдельных процессов обработки практи-
чески независимо от всей системы. В случае возникновения не-
исправностей возможно ручное управление отдельными агрега-
тами.
Исходя из закономерностей подчиненного регулирования
(см. § 5.1) самые высокие требования предъявляются к быстро-
действию систем регулирования приводов, при переходе к более
высоким уровням иерархии эти требования снижаются. И на-
оборот, требования к точности систем регулирования приводов
относительно низки, возрастая на более высоких иерархических
уровнях. В соответствии с этим и исходя из имеющихся на
уровне управления процессом переменных состояния в виде ана-
логовых сигналов регулирование приводов осуществляется на
основе аналоговых сигналов. При регулировании технологиче-
59

ских процессов применяются как аналоговые, так и цифровые
сигналы. При управлении процессом предпочтение отдается
цифровым сигналам.
При построении систем регулирования приводов следует при-
менять унифицированные элементы и модули, которые могут
быть изготовлены в больших количествах в виде функциональ-
ных блоков с жестким алгоритмом работы. Согласование их па-
раметров с параметрами объекта регулирования с целью опти-
мизации динамики осуществляется путем установки необходи-
мых пассивных элементов. Адаптивное управление следует при-
менять в том случае, если параметры объекта регулирования
в рабочей области изменяются более чем в соотношении 1 : 4
(см. § 5.7). Самооптимизирующиеся системы в настоящее время
не применяются.
При разработке технологических контуров регулирования
из-за необходимости согласования с технологическим процессом
невозможно достичь значительной унификации. На практике
сейчас находят применение системы стандартных блоков анало-
гового и цифрового управления. До настоящего времени исполь-
зовались исключительно структуры с жестким алгоритмом ра-
боты.
В системах цифрового управления процессом наряду с фик-
сированными структурами все большее применение находят
также свободно программируемые структуры, так как они поз-
воляют программным путем осуществлять согласование с тре-
бованиями технологического процесса.
Иерархический принцип управления используется в настоя-
щее время как для регулируемых приводов, так и для систем
с большим числом одиночных нерегулируемых приводов. Груп-
повой электропривод должен разрабатываться применительно
к отдельным участкам процесса обработки, что дает возмож-
ность поэтапно реализовать иерархию автоматизации.
2.3.3.	Организация защиты. Исходя из анализа возмущений,
действующих на систему привода извне (см. п. 2.2.4), и воз-
можных внутренних возмущений, необходимо разработать:
защиту элементов силовой цепи от перегрузок по току, пере-
напряжений и от недопустимого снижения напряжения;
защиту устройств обработки информации от колебаний пи-
тающего напряжения, а также от электрических и электромаг-
нитных помех;
защиту технологических процессов от механических и тепло-
вых перегрузок, а также от последствий выхода из строя от-
дельных агрегатов;
защиту обслуживающего персонала от недопустимого шума
и действия электромагнитных полей и защиту оборудования
от электромагнитных полей, а также от помех радиоприему.
Следует различать:
устройства защиты от недопустимых перегрузок, например
устройства защиты от перенапряжений;
60

3
Вентильный
преобразователь
/?С-цепь
Высокочастотный дроссель
Контроль вентилятора
Сглаживающий дроссель
Контроль аварийных
потенциалов и токов
Установка пассивных
элементов на стороне
постоянного тока
Трехфазный выпрямитель
для защиты
от перенапряжений
Контроль вспомогательного
напряжения
Сверхбыстродействующий
предохранитель
с сигнализацией?
а) предупреждение;
б) перегорание
Блокировка импульсов
защиты и управляющих'
импульсов
Рис. 2.18. Построение защиты вентильного преобразователя
1'3
Тепловой контроль
дросселя
устройства защиты с подачей предупредительного сигнала
о появлении недопустимых в течение длительного времени на-
грузок, например чувствительный элемент для измерения тем-
пературы хладагента;
61

устройства защиты, которые при появлении недопустимых
нагрузок немедленно или с задержкой времени отключают не-
исправную установку или ее отдельные узлы, например тепло-
вые или магнитные расцепители перенапряжений, предохрани-
тели.
На рис. 2.18 показан пример построения защиты [2.23].
Устройства защиты должны работать с высокой надежностью
независимо от других устройств системы привода. Поэтому при-
меняются простые аппараты с использованием электромехани-
ческих или электронных узлов. Контуры регулирования пере-
менных состояния привода, например контур тока, выполняют
также функции защиты, ограничивая регулируемые переменные
и исключая тем самым необходимость срабатывания специаль-
ных средств защиты. Это помогает избежать нарушения нор-
мального рабочего режима и позволяет сделать специальные
устройства защиты более простыми. Однако при выходе си-
стемы регулирования из строя должна быть обеспечена надеж-
ная защита.
Проект защиты должен учитывать последствия, к которым
может привести та или иная неисправность. Чтобы не преры-
вать технологического процесса, иногда необходимо снизить
уровень защиты для вспомогательных устройств, например при
перегрузках можно предусмотреть не отключение, а лишь по-
дачу предупредительного сигнала. Важные вспомогательные
устройства нужно резервировать.
Для типичных неисправностей необходимо установить после-
довательность отключения, оптимальную для всей установки, и
описать ее с помощью схемы блокировок (см. § 2.5).
2.4.	РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ И ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ
ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Исходя из выбранного варианта привода, сначала опреде-
ляют основные параметры его элементов и устройств в соответ-
ствии с шагом 3 блок-схемы на рис. 2.2.
2.4.1.	Расчет параметров и выбор двигателей [2.24—2.271.
Выбор двигателя в соответствии с представленным на рис. 2.19
алгоритмом производится исходя из тех конкретных процессов
движения, которые должны быть реализованы с учетом условий
работы привода. После предварительного выбора типа двига-
теля его механические, электрические и тепловые параметры и
характеристики могут быть использованы для нахождения па-
раметров привода. Согласно уравнению (2.14), полученному на
основании закона сохранения энергии, имеем
+	+	(2.35)
2 at	at
где тм(а, t)=PM/a — вращающий момент двигателя;
mw(a, t)=PA/a — момент сопротивления, приведенный к валу
62

Рис. 2.19. Выбор двигателя для электропривода
двигателя; J~Jm + J'a =Jm + 1а<л2а/<л2 — суммарный	момент
инерции всех движущихся масс двигателя и рабочей машины,
приведенный к валу двигателя; (®/2) (dJ/dt)+J (dafdt) —
динамический момент.
63

Рис. 2.20. К согласованию
характеристик двигателя и
рабочей машины
Рис. 2.21. Связь между мощностью дви-
гателя н уровнями напряжения (по
Клёппелю)
Заштрихованные участки — возможные зна-
чения напряжения, зачерненные — предпоч-
тительные значения напряжения
Расчет и выбор двигателя производятся по нагрузочной
диаграмме момента (тока) таким образом, чтобы потери, кото-
рыми сопровождается работа двигателя, не приводили к его не-
допустимому нагреву, а допустимое превышение температуры 0
использовалось как можно более эффективно.
Номинальные режимы работы электрических машин опреде-
лены ГОСТ 183—74 (СТ СЭВ 1346—78). Более подробно прин-
ципы расчета параметров двигателя при периодически меняю-
щейся нагрузке изложены в п. 4.1.1 (см. также [6.2]).
Далее необходимо проверить, удовлетворяет ли механиче-
ская характеристика двигателя, выбранного по условиям на-
грева, требованиям привода (рис. 2.20):
является ли точка пересечения характеристик двигателя и
рабочей машины устойчивой рабочей точкой;
гарантировано ли превышение начального пускового мо-
мента двигателя Ма над максимальным моментом сопротивле-
ния нагрузки в состоянии покоя;
обеспечивается ли безусловное превышение максимального
(опрокидывающего) момента двигателя Мк над максимальным
требуемым от двигателя моментом;
является ли требуемая частота включений допустимой для
данного двигателя.
Тип двигателя, степень его защиты, климатическое исполне-
ние должны выбираться в соответствии с условиями работы
привода.
Номинальное напряжение двигателей выбирают в соответ-
ствии с мощностью двигателя и параметрами сети. Для трех-
фазных двигателей на рис. 2.21 приведена диаграмма, из кото-
рой видно преимущественное применение напряжения 660 В для
промышленных установок, установленная мощность которых со-
ставляет 100—500 кВт. Кроме того, номинальное напряжение и
тип двигателя нужно выбирать так, чтобы в точке подключения
к сети исключить недопустимое понижение напряжения.
64

При прямом включении асинхронных двигателей и синхрон-
ных двигателей с самовозбуждением в процессе пуска появля-
ются токи, в а=6...8 раз превышающие номинальный ток
двигателя. Из-за возникающего вследствие этого понижения на-
пряжения на сборной шине мощность двигателя, которая непо-
средственно может быть подключена, ограниченна. Ее значение
при мощности короткого замыкания сети в точке подключения
Pk = U2N/XN и при допустимом понижении напряжения XU/UN
определяется выражением
PN = cos Флг------------Р.,	(2.36)
N	(1 -\UlUN)a k	V ’
где cos cpjv — коэффициент мощности двигателя в номинальном
режиме.
2.4.2.	Расчет параметров и выбор преобразователей [2.28—
2.35]. Путем воздействия на поток энергии от сети к двигателю
преобразователи осуществляют управление амплитудой или ча-
стотой напряжения двигателя. Выбор преобразователя опреде-
ляется принятой схемой (см. п. 2.3.1), а также необходимостью
согласования с двигателем и сетью.
Приводы постоянного тока с номинальной мощностью
Р<500 кВт подключаются к сети преимущественно без транс-
форматоров. Благодаря этому имеется устойчивое соответствие
между напряжением двигателя и напряжением сети. Для при-
водов постоянного тока большей мощности, которые из-за их
влияния на сеть и с целью защиты подключаются к сети сред-
него напряжения через трансформатор, номинальное напряже-
ние двигателя выбирается в соответствии с возможностями
электромашиностроения, в основном в пределах 600—800 В.
Тепловой расчет преобразователя производится таким обра-
зом, чтобы в соответствии с перегрузочной способностью элек-
трических машин допускались определенные периодические и
непериодические перегрузки.
Существенным фактором при выборе преобразователя явля-
ется его влияние на сеть. Наличие обусловленных работой вен-
тильного преобразователя провалов напряжения и высших
гармоник ограничивает допустимую мощность подключаемых
установок и влияет на выбор схемы преобразователя. Это об-
стоятельство должно учитываться как в мощных промышлен-
ных сетях, так и в сетях общего назначения. Характеристикой
служит относительная мощность вентильного преобразователя
— ^diO^dN^Sk-	(2.37)
Здесь Udto — максимальное выпрямленное напряжение преобра-
зователя; IdN — номинальный выпрямленный ток преобразова-
теля; Sk= U2n/Xn = 3U2n$/Xn— мощность короткого замыкания
сети в точке подключения преобразователя.
Для индуктивной сети, например, реакция реактивной
нагрузки приводит к снижению напряжения сети. Для
3 Заказ № 1446	65

относительного падения напряжения справедливы следующие
соотношения:
Au =	~ ^Nlb = _зЩуф_ = Aq,	(2.38)
U М1Ф	^Ni4>	Sfe
где q — 3IbUN^/(UdioIdN) = Qnp/Pdo—реактивная мощность пре-
образователя, отнесенная к номинальной мощности выпрямлен-
ного тока.
В промышленных сетях допускаются значения Au порядка
2—5 %, в сетях общего назначения — 1—2 %.
При коммутации вентилей соседних фаз между этими фа-
зами возникает короткое замыкание. Относительный провал на-
пряжения на сборной шине определяется коэффициентом реак-
тивного сопротивления (см. рис. 2.9)
B = XnI(Xn + Xt).	(2.39)
Здесь Ху — реактивное сопротивление сети; Хт — реактивное
сопротивление преобразователя (реактивное сопротивление рас-
сеяния трансформатора или реактивное сопротивление дрос-
селя) .
Преобразователь потребляет из сети ток приблизительно
прямоугольной формы, что вызывает отклонение формы напря-
жения на сборной шине от синусоидальной:
•	(2.40)
t/ф V v=5
Поскольку к сборной шине подключены и другие потреби-
тели, указанное отклонение напряжения от синусоидальной
формы (коэффициент несинусоидальности) должно находиться
в определенных границах. Соответственно этому ограничена и
относительная мощность вентильного преобразователя А. Нор-
мативы разных стран, устанавливающие границы отклонения
формы напряжения от синусоидальной, в настоящее время
сильно различаются, так как исходят из различных определе-
ний, и лежат в пределах сг = 2 ... 5 %.
На рис. 2.22 обобщенно показаны границы применения вен-
тильных электроприводов исходя из их влияния на сеть. Опре-,
деляющее ограничение при низком реактивном сопротивлении
вентильного преобразователя на стороне переменного тока за-
дано допустимой глубиной коммутационных провалов напряже-
ния В = 20 %, а при высоком — снижением напряжения сети при
реакции реактивной нагрузки AUIU. Учитывая влияние преоб-
разователя на сеть, необходимо всегда стремиться к тому, чтобы
в точке подключения вентильного преобразователя сеть обла-
дала достаточно большой мощностью короткого замыкания.
Для уменьшения влияния на сеть вентильных преобразователей
большой мощности можно осуществить распределение требуе-
мой мощности, применив два одинаковых преобразователя. Пу-
тем последовательного соединения вентильных преобразовате-
66

Рис. 2.22. Границы примене-
ния вентильного электропри-
вода при наличии индуктив-
ной сети (трехфазная мосто-
вая схема, р=6)
лей на стороне постоян-
ного тока с применением
поочередного управле-
ния можно уменьшить
потребление реактивной
мощности. Кроме того,
уменьшается нагрузка от
высших гармоник. Если
указанные преобразова-
тели по переменному току
питаются напряжениями,
смещенными на 30°, а по постоянному току включены парал-
лельно через дроссели, то число пульсаций увеличивается до 12.
В области малых мощностей нагрузку сети высшими гармо-
никами можно уменьшить путем перехода с двухпульсных схем
на шестипульсные.
2.4.3.	Расчет параметров и выбор устройств защиты [2.36—
2.46]. Элементы силовой сети должны быть надежно защищены
от недопустимых перенапряжений и перегрузок по току.
Задачей устройств защиты от перенапряжений является
уменьшение внутренних и внешних перенапряжений в такой
степени, чтобы предотвратить появление опасных нагрузок на
вентилях и обмотках. В табл. 2.9 [2.36] указаны области приме-
нения типовых устройств защиты от перенапряжений. Расчет
параметров производится с учетом действующей эквивалентной
индуктивности схемы L* таким образом, чтобы была соблюдена
задаваемая в зависимости от характеристик вентиля кратность
перенапряжения
ku=Us/Uv^ 1,4 . . .1,8,	(2.41)
где Us — максимальная амплитуда запирающего напряжения
тиристора; (7V — амплитудное значение линейного напряжения.
Определяющим показателем при расчете схем защиты от
внутренних перенапряжений является заряд восстановления
Qs = f (di/dt) или амплитуда обратного тока IR = f(dildt).
При использовании современных вентилей с небольшим за-
рядом восстановления и высокой допустимой скоростью нара-
стания напряжения можно отказаться от одиночного включе-
ния вентилей.
При расчете схем защиты от внешних перенапряжений ос-
новным показателем является энергия, накопленная в индуктив-
ных элементах к моменту отключения. Запас энергии при пере-
напряжениях в момент отключения обычно превосходит запас
энергии, которым обусловлены мгновенные перенапряжения.
з:
67

Таблица 2.9. Устройства защиты от перенапряжений
Защита вентилей от внутренних перенапряжений
Электрическая схема		Примечание
RC-звыю	fl	Стандартная схема в области малых и средних мощностей
Вспомогательный					Можно использовать вплоть до самых больших мощностей,
выпрямитель	с RC-			п	
звеном				а	в частности при параллельном включении вентилей
Селеновые ограни- чители (двусторонние стабилитроны)	—		Не пригодны
Варисторы			Для тиристоров с номиналь- ным током примерно до 100 А
Симметричные ла- винные диоды	J	5	Для тиристоров с номиналь- ным током до 250 А
Защита от внешних перенапряжений
Электрическая схема
Примечание
Мгновенные перенапряжения	Перенапряжения в момент отключения
Схема пригодна только при исполь- зовании высокоча- стотных конденсато- ров	Применима при больших кон- денсаторах
68

Электрическая схема
Продолжение табл. 2.9
Защита от внешних перенапряжений
Мгновенные
перенапряжения
Схема не пригодна
Примечание
Перенапряжения
в момент отключения
Применима при использова-
нии электролитических кон-
денсаторов, что является до-
стоинством схемы
А—	—		
В		То же	Применима до мощности при-
с			близительно 250 кВ-А
5	L V V		
А—»						Схема вполне при-	Применима при ограничен- ном энергопотреблении
						
	[		1?		годна	
То же
То же
В сетях низкого напряжения запас энергии при мгновенных пе-
ренапряжениях может составлять 1 Дж при максимальной ам-
плитуде импульса 3 кВ и длительности 200 мкс. Из-за высокой
крутизны импульсов перенапряжений они могут быть устра-
нены только с помощью высокочастотных конденсаторов или
варисторов. Нелинейные резисторы для ограничения перенапря-
жений (селеновые ограничители, варисторы) характеризуются
коэффициентом нелинейности
i//0= (м/Д0)₽-	(2-42)
69

Рис. 2.23. Перегрузочная характеристика
вентиля и характеристики согласованных
с ней устройств селективной защиты
/ — перегрузочная характеристика вентиля; 2 —
характеристика срабатывания предохранителя;
3 — характеристика срабатывания выключателя;
А — защита вентиля с помощью предохранителя;
В — защита вентиля с помощью выключателя и
предохранителей при внутреннем коротком за-
мыкании; С —защита вентиля с помощью вы-
ключателя; /дг — номинальное значение тока
вентиля (действующее значение); —время
срабатывания
Чтобы обеспечить удовлетвори-
тельное ограничение напряжения
|	। 1 ! ) у । ।	। ПРИ незначительной мощности no-
fl 1	2 3 5 6 910 20 теРь в номинальной рабочей точке,
lh —►	необходимо выполнить соотноше-
ние р>зо.
Устройства максимальной токовой защиты должны защи-
щать вентили и обмотки от перегрузки по току путем размыка-
ния, мгновенного или с выдержкой времени, цепи тока. Поэтому
срабатывание максимальной токовой защиты связано обычно
с прерыванием технологического процесса. Выбор и согласова-
ние устройств максимальной токовой защиты производятся так,
чтобы они могли избирательно взаимодействовать друг с другом
и с защищаемыми устройствами. На рис. 2.23 приведен пример
согласования характеристик предохранителя и выключателя
с перегрузочной характеристикой полупроводникового вентиля
для случая однократной перегрузки. Характеристика выключа-
теля должна быть пересчитана на ток вентиля. Вентиль будет
защищен во всем диапазоне перегрузок, если характеристика
срабатывания устройства защиты проходит ниже перегрузочной
характеристики вентиля. В этом случае быстродействующие си-
ловые выключатели или специальные быстродействующие авто-
маты выполняют функцию защиты вентиля при продолжитель-
ных перегрузках. Выключатели с ускоренным отключением
производят разъединение за 6—8 мс и могут, таким образом,
обеспечить защиту от коротких замыканий, возникающих после
сглаживающего дросселя (см. гл. 4). Задачей предохранителей
остается защита от коротких замыканий до сглаживающего
дросселя и от внутренних коротких замыканий.
Выбор и согласование устройств максимальной токовой за-
щиты осуществляется на основе перегрузочных характеристик
в соответствии с рис. 2.23 или, особенно при перегрузках про-
должительностью менее 10 мс, на основе интеграла потерь
Q =	(2.43)
Основанием для такого подхода служит то, что в период пе-
регрузки все потери, возникающие в вентиле или в устройстве
защиты, выделяются в виде тепловой энергии и определяют
температуру запирающего слоя вентиля или температуру лег-
70

коплавкого провода предохранителя. Применяются следующие
обозначения:
/0 = f i%dt—интеграл предельной нагрузки вентиля; характери-
зует кратковременно допустимую нагрузку вентиля
в аварийном режиме;
/s = f ifyt — интеграл плавления предохранителя; характеризует
*s
энергию, поглощенную предохранителем к моменту
начала процесса его плавления;
/g = f —общий интеграл предохранителя; характеризует
tg.
энергию, поглощенную предохранителем к моменту
погасания электрической дуги;
/a = J ivdt — интеграл отключения выключателя; характеризует
энергию, которая выделяется до полного размыка-
ния цепи тока выключателем.
Поскольку ток вентиля идентичен току предохранителя,
а в аварийном режиме также и току выключателя, то интегра-
лам h и Ig соответствует определенная энергия потерь в вен-
тиле. Равным образом это относится и к интегралу отключения
выключателя. В связи с этим защита вентиля с помощью пре-
дохранителя будет гарантирована, если
Iv>Ig.	(2.44)
Условием защиты вентиля с помощью выключателя является
выполнение соотношения
Iv>Ia,	(2-45)
а для защиты предохранителя выключателем при внешних ко-
ротких замыканиях необходимо, чтобы
h>Ia.	(2.46)
Предохранители в таких случаях выполняют только функ-
цию защиты от внутренних коротких замыканий, так как вы-
ключатель такую функцию не выполняет.
Поскольку общий интеграл предохранителя включает в себя
энергию, которая потребляется дугой, возникающей при плав-
лении, значение этого интеграла зависит от напряжения и от
мощности короткого замыкания в том месте, где поставлен пре-
дохранитель.
В случае если желаемая избирательность срабатывания уст-
ройств защиты не была предусмотрена с самого начала, это
можно исправить путем включения индуктивных элементов
в цепь короткого замыкания с тем, чтобы они замедляли нара-
стание тока.
Поскольку двигатели и обмотки могут выдерживать значи-
тельно более высокие кратковременные перегрузки, чем вен-
тильные схемы, устройства защиты, согласованные с вентилями,
71

Рис. 2.24. Временная перегрузочная ха-
рактеристика двигателя и характери-
стики согласованных с ней устройств
селективной защиты
1 — действующее значение тока двигателя
во время пуска; 2— тепловой расцепитель;
3 — инерционный предохранитель иа 2,5-крат-
ный номинальный ток двигателя; 4— быстро-
действующий предохранитель на четырех-
кратный номинальный ток двигателя; 5 —
магнитный расцепитель;	• номинальный
ток двигателя; /а~- время срабатывания
вместе со схемами регулирова-
ния выполняют также функции
защиты двигателей. Только для
двигателей, присоединяемых
к сети без преобразователей,
т. е. в основном для асинхрон-
ных двигателей, следует приме-
нять защитные устройства, пред-
назначенные специально для
двигателей, и подбирать их на
основе временной перегрузочной характеристики (рис. 2.24).
Рабочие перегрузки двигателя и рабочие процессы пуска не
должны вызывать срабатывания устройств защиты.
В высококачественных двигателях, кроме того, производится
контроль температуры обмоток.
В некоторых случаях требуется более точный расчет уст-
ройств защиты, чем рассмотренный в данной главе. Такие слу-
чаи предполагают расчет характерных нарушений нормального
режима работы (см. § 4.2, 4.3).
2.4.4.	Уточнение расчетных параметров и оптимизация системы электро-
привода. После того как исходя из основных параметров проектируемой си-
стемы выбран ее окончательный вариант, можно приступить к уточнению
расчетных параметров и оптимизации согласно шагу 4 алгоритма, приведен-
ного на рис. 2.2. Необходимость в углубленных исследованиях зависит при
этом от конкретной задачи. Их проведение необходимо скорее при задании
ряда типоразмеров приводов для серийного производства, чем при проек-
тировании единичного привода, и скорее при технической подготовке высо-
кокачественного или очень мощного привода, чем при разработке привода
с пониженными требованиями. Управление комплексными системами элек-
тропривода требует специальных мероприятий по оптимизации.
В следующих главах книги рассматриваются важные вопросы уточне-
ния расчетных параметров и оптимизации систем электропривода с поясне-
нием их работы. Кроме того, излагаются основные вопросы выполнения шага
4 алгоритма процесса проектирования. Заметим, что отбор вопросов, тре-
бующих более подробного анализа, должен производиться с учетом специ-
фики решаемой задачи.
2.5.	РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ,
ИСПЫТАНИЙ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
На данном этапе проектирования наиболее существенным вопросом яв-
ляется разработка схем электрических соединений и структурных схем для
выбранного варианта привода. На их основе составляется вся остальная
72

техническая документация для изготовления, испытания, наладки и техниче-
ского обслуживания системы электропривода. Качество этой документации,
т. е. ее однозначность, ясность, обозримость и полнота, имеет решающее зна-
чение для эффективности этой стадии проектирования. Поэтому подробности
составления этих технических документов зафиксированы в стандартах *,
отраслевых и заводских нормалях, а также в рекомендациях предприятий,
производящих комплектное оборудование для устройств промышленной ав-
томатики и электроэнергетических установок.
К наиболее важным видам технической документации относятся электри-
ческие схемы, технические описания, инструкции по испытаниям, контролю и
обслуживанию.
2.5.1. Электрические схемы. Электрические схемы представляют собой
изображения электротехнических устройств, выполненные с помощью услов-
ных графических обозначений, простых геометрических фигур или таблиц.
Различают пять типов электрических схем (рис. 2.25) :
обзорные схемы, служащие для общей ориентировки и содержащие лишь
упрощенное изображение схемотехнических связей какой-либо установки,
узла или устройства без раскрытия деталей; их можно сравнить с приня-
тыми в автоматике блок-схемами;
схемы для пояснения работы установок и устройств, подробно показы-
вающие топологическую и элементную структуру рассматриваемого устрой-
ства и поясняющие его работу;
схемы для изготовления, которые служат, в частности, для выполнения
соединений в электротехнических устройствах;
схемы сетей и прокладки проводов;
схемы электрооборудования и проводки на планах.
В каждом отдельном случае в зависимости от конкретных требований
используется определенный набор схем из числа представленных на
рис. 2.25.
Условные обозначения, применяемые в электрических схемах для гра-
фического изображения электрических элементов, устройств, приборов, ма-
шин, установок и линий электрической связи, приведены в перечисленных
ниже стандартах:
ГОСТ 2.721—74
ГОСТ 2.722—68
ГОСТ 2.723—68
(СТ СЭВ 869—78)
ГОСТ 2.725—68
ГОСТ 2.726—68
ГОСТ 2.727—68
(СТ СЭВ 862—78)
ГОСТ 2.728—74
(СТ СЭВ 863—78,
СТ СЭВ 864—78)
ГОСТ 2.729—68
(СТ СЭВ 2830—80)
ГОСТ 2.730—73
(СТ СЭВ 661—77)
Обозначения условные графические в схемах Обо-
значения общего применения
Обозначения условные графические в схемах. Ма-
шины электрические
Обозначения условные графические в схемах. Ка-
тушки индуктивности, дроссели, трансформаторы,
автотрансформаторы и магнитные усилители
Обозначения условные графические в схемах. Уст-
ройства коммутирующие
Обозначения условные графические в схемах. Токо-
съемники
Обозначения условные графические в схемах. Раз-
рядники, предохранители
Обозначения условные графические в схемах. Рези-
сторы, конденсаторы
Обозначения условные графические в схемах. При-
боры электроизмерительные
Обозначения условные графические в схемах. При-
боры полупроводниковые
* Изданные в 1974 г. стандарты ГДР были разработаны с максимальным
учетом согласованных между странами СЭВ стандартов (СТ СЭВ) или ре-
комендаций по стандартизации (PC СЭВ). В ходе последующих работ по со-
зданию единой системы конструкторской документации (ЕСКД) в рамках
СЭВ разработан еще целый ряд стандартов, а также заменены новыми те
стандарты ГДР, которые были составлены не на основе стандартов СЭВ.
73

Рис. 2.25. Действующая в ГДР система стандартизации электрических схем
74

ГОСТ 2.731—81
(СТ СЭВ 865—78)
ГОСТ 2.732—68
(СТ СЭВ 866—78)
ГОСТ 2 736—68
ГОСТ 2.737—68
(СТ СЭВ 141—74,
СТ СЭВ 2831—80)
ГОСТ 2.742—68
(СТ СЭВ 653—77)
ГОСТ 2.743—82
(СТ СЭВ 3735—82)
ГОСТ 2.747—68
ГОСТ 2.748—68
(СТ СЭВ 1634—79)
ГОСТ 2.750—68
Обозначения условные графические в схемах. При-
боры электровакуумные
Обозначения условные графические в схемах. Ис-
точники света
Обозначения условные графические в схемах. Эле-
менты пьезоэлектрические и магнитострикционные.
Линии задержки
Обозначения условные графические в схемах. Уст-
ройства связи
Обозначения условные графические в схемах. Источ-
ники тока электрохимические
Обозначения условные графические в схемах. Эле-
менты цифровой техники
Обозначения условные графические в схемах. Раз-
меры условных графических обозначений
Обозначения условные графические электростанций
и подстанций в схемах энергоснабжения
Обозначения условные графические в схемах. Род
тока и напряжения, виды соединения обмоток,
ГОСТ 2.751—73
ГОСТ 2.752—71
ГОСТ 2.754—72
(СТ СЭВ 3217—81)
ГОСТ 2.755—74
формы импульсов
Обозначения условные графические в схемах. Элек-
трические связи, провода, кабели и шины
Обозначения условные графические в схемах. Уст-
ройства телемеханики
Обозначения условные графические электрического
оборудования и проводок иа планах
Обозначения условные графические в схемах. Уст-
ройства коммутационные и контактные соединения
ГОСТ 2.756—76	Обозначения условные графические в схемах. Вос-
(СТ СЭВ 712—77) принимающая часть электромеханических устройств
2.5.2. Средства описания работы. Чем сложнее техническая система и
чем шире круг лиц, которым необходимо зиать ее работу (это относится
в первую очередь к тем, кто занимается испытанием, наладкой, техническим
обслуживанием и ремонтом систем), тем актуальнее становится требование
иметь качественную и полную документацию, которая однозначно, четко и
сжато отражала бы, с одной стороны, структуру связей и элементный со-
став системы, а с другой — информацию о ее функционировании (переда-
точные свойства, логические связи, последовательность коммутационных опе-
раций, алгоритмы обработки, последовательность выполнения про-
грамм). Во многих случаях это требует, помимо обязательной разработки
электрических схем (см. п. 2.5.1), целенаправленного описания работы си-
стемы. Для этого могут использоваться языковые, алгебраические, таблич-
ные и графические средства. Наиболее важные из иих представлены
в табл. 2.10—2.12.
Поскольку в принципе при всех способах изображения между объемом
описываемых функций и обозримостью получаемого изображения или опи-
сания при одинаковой степени абстрагирования Av существует обратно про-
порциональная зависимость, рекомендуется, особенно в больших системах,
выполнять документацию, описывающую работу системы, на нескольких
уровнях абстрагирования, а именно так, чтобы на всех уровнях одинаково
хорошо обеспечить ее обозримость, читаемость и удобство пользования. Это
означает, что при данном объеме функций выбирается сначала такой уро-
вень абстрагирования Ап изображения (рис. 2.26), чтобы на схеме можно
было ясно и наглядно изобразить работу системы в целом. Потом перехо-
дят к следующему, более низкому, уровню абстрагирования An-i, который
позволяет описать каждый различаемый в первой схеме отдельный процесс
с такой же наглядностью, с какой описана работа всей системы. Действуя
таким образом, через последующие уровни абстрагирования доходят, если
это необходимо, до описания простейших процессов, происходящих в эле-
ментах системы. Получаемая при этом документация, описывающая работу
75

Таблица 2.10. Языковые и алгебраические средства описания алгоритмов функционирования
Средство описания	Способ представления	Примечание
Словесное описание	Общие и специальные тексты	Только для общего описания и краткого пояснения в сочетании с другими средствами описания, а также в тех случаях, когда требуется популярное описание (например, для товаров широкого потребления)
Языки программирования	ПИ-алгоритм регулирова- ния XPI = 472 ADI= 1 ADHL W ADD М	Для алгоритмов, реализуемых в виде программ для свободно про- граммируемых устройств (управляющие вычислительные машины, мик- ропрограммируемые контроллеры). При использовании в названных устройствах символических машинно-ориентированных языков про- граммирования применяются мнемонические обозначения отдельных команд (XPI, ADI, . . .) и операндов в желаемой последовательности их выполнения
Логические схемы алго- ритмов	Список At А2: двигатель X включен А4: двигатель Y включен Список Pj Рг: кнопка SI = 1? Р3: кнопка S6 = 1?	Операторы Aj и Pj записываются слева направо, а их выполнение регулируется командами перехода (они обозначены стрелками и верх- ними индексами). Содержание операций At и Pj определяется в от- дельных списках. Пояснения к приведенному примеру: при нажатии кнопки S1 включается двигатель X; при нажатии кнопки S6 вклю- чается двигатель Y и т. д. Возможно точное текстовое описание боль- ших по объему алгоритмов, однако такое представление отличается недостаточной наглядностью
Уравнения, описывающие функциональные зависи- мости	У(Р) = Vl + Pxi х{р} (1) 1 + рт2 у =	+ Х4Х5 (2)	Для точного описания соответствия двух или нескольких перемен- ных (входные, выходные переменные или переменные состояния), на- пример передаточной функции звеньев, входящих в контур регулиро- вания (1), или логической функции (2)
Таблица 2.11. Табличное описание алгоритмов
Средство описания	Способ представления								Примечание
Таблицы переключений (таблицы	истинности) [2.48]	Х3	Хо	ХХ	х0 0	0	0	0 0	1	0	1					У 1 0			Для описания переключательных (логических) функций
Таблицы	автоматов [2.48, 2.49]									Для представления вариантов значений функции пере- ходов q (п+ 1) = f [q (n), е («)] и функции выходов а(л) = k\q (п), е (п)] простейших дискретных систем с па- мятью. Таблица содержит числовой показатель п, значе- ния входных сигналов е (п), состояний q (п), последую- щих состояний q (п + 1) и выходных сигналов а (п). Если система находится, например, в состоянии q (п) = = (0,0), то для е (п) = 0 значение а (п) = 1, а последую- щее состояние q (п + 1) = (0, 1)
		п	е (п)	Ч («)	<?(« + 1)		а(п)		
		1	0	(0,0)	(0,1)		1		
		2		(0,1)	(1,1)		0		
		3		(1,0)	(1,0)		1		
		4		(1,1)	(1,1)		0		
		5	1	(0,0)	(1,0)		0		
		6		(0,1)	(1,1)		1		
		7		(1,0)	(0,1)		1		
		8		(1,1)	(0,0)		0		

Продолжение табл. 2.11
Средство описания	Способ представления	Примечание
Циклограммы работы [2.50, 2.51]	Шаг SI	S2	Q	У 1	2 . . .	13 . . .	18 . . .	Для описания работы релейно-контакторных схем управ- ления. В первую строку записаны и последовательно про- нумерованы устройства ввода данных (задающие устрой- ства) (SI, S2, . . .), логические элементы (Q, . . .) и пре- образовательные устройства (У, . . . ). В первой колонке указаны отдельные шаги работы схемы (0, 1, 2, . . .). Обозначения, использованные в таблице: цифра в скоб- ках — новое коммутационное состояние; цифра за скоб- ками — такт в пределах соответствующего шага, а индекс вверху — номер срабатывающего устройства. В приве- денном примере: включение S1 в первом такте влечет за со- бой срабатывание контактора Q во втором такте, что, в в свою очередь, приводит к вступлению в действие преобра- зователя У в третьем такте
	ООО	0	0	
	1	(1)1	(1) 12	(l)i83 2	(0) 1	
	3	(1) 1	(0) 22	(0) 133 4	(0) 1	
		
решений
Таблицы
[2.52—2.55]
	R1	R2	R3	R4
Условие 1	J	N	J	N
Условие 2	J	J	N	N
Условие 3	N	N	J	N
Операция А	X	X	—	—
Операция В	—	—	X	X
Таблицы решений содержат правила Rt, которые уста-
навливают, какую операцию необходимо выполнить при
том или ином сочетании результатов проверки некоторых
условий (буква J означает, что соответствующее условие
выполнено, N — не выполнено). Правило R1, например,
означает, что если условия 1 и 2 выполнены, а условие 3
ие выполнено, то следует выполнить операцию А. Таблицы
решений очень удобны для описания и документирования
процессов принятия решений в сложных случаях

Таблица 2.12. Графические способы описания’'алгоритмов
Средство описания	Способ изображения	Примечание
Диаграммы
Для описания зависимости входных и выходных переменных
и переменных состояния друг от друга или от времени
012 3^50
Диаграммы последователь-
ности включений и пошаговые
диаграммы перемещений
Шпиндель вверху — -
внизу —-*
Команда поднять----
опустит-------
Для описания линейных (неразветвленных) дискретных про-
цессов, например работы простых станков. На оси ординат ука-
зываются команды включения и состояния системы. На оси аб-
сцисс — такты работы или реальный масштаб времени
Диаграммы работы
Для описания работы небольших контакторных схем управле-
ния. Диаграмма изображается иа миллиметровой бумаге или
на специальном формуляре, имеющем три вертикальные графы.
Первая графа содержит номер шага, вторая — команду на вклю-
чение или выключение, а третья — состояние (включено или вы-
ключено) элементов схемы (SI, S2, Q...М, . . .). Приведен-
ный пример расшифровывается следующим образом: клавишный
выключатель S1 включает контактор Q, а контактор Q — двига-
тель М. и т. д.
Схемы блокировки
Направление включения
Схемы блокировки служат для изображения предусмотренной
технологией взаимозависимости процессов включения и выключе-
ния. Блокировка электроприводов А1—А5 выполнена таким об-
разом, что пуск и остановка могут осуществляться только в за-
данных направлениях. На схемах вместо прямоугольников
часто изображают кружки

Продолжение табл. 2.12
Средство описания	Способ изображения			Примечание
Структурные схемы и сиг- нальные графы [2.56]	-^сЛ| F1 ММ) 1_Х» F2 J ft (2) -1			Структурные схемы (/) и сигнальные графы (2) применяются для изображения структуры и описания функционирования пре- имущественно непрерывных систем. Переход от одной формы описания к другой очень прост. Передаточные функции (пере- дачи) Fi отдельных функциональных блоков записываются в структурной схеме внутри соответствующих прямоугольников, а в направленном графе — на его ветвях (ребрах). Переменным (сигналам) xi в структурной схеме соответствуют линии, соеди- няющие блоки, а в графе — его узлы (вершины)
Автоматные графы [2.48]	82 fQ88 Ar			Для описания дискретных состояний системы и возможных переходов между ними. Узлы изображают различные возможные состояния qt, а ветви со стрелками — переходы. Рядом с каж- дой ветвью записывается условие В/, которое вызывает переход между соответствующими состояниями
Сети Петри [2.59]		B2		Сети Петри являются направленными графами с двумя видами узлов, а именно с узлами для изображения состояний qt (кружки) и узлами для изображения переходов (вертикальные штрихи) между состояниями. Переход осуществляется, если состояния, находящиеся перед символом перехода, помечены и наступает событие, вызывающее переход. Например, имеет место переход от qa к qlt q2 и q3, если имеется qa и выполнено условие В/. Сети Петри особенно удобны для изображения параллельно проис- ходящих взаимосвязанных процессов
Продолжение табл. 2.12
Средство описания		Способ изображения		Примечание
Графы последовательного вы- полнения программы [2.57] •				Пригодны для записи задач управления и для описания пове- дения релейных систем управления. Изображают зависящую от каких-либо условий последовательность состояний системы qt. Положения (0 или 1) конкретных функциональных элементов (QI, Q2, Yl, Y2, Y3), соответствующие некоторым характерным состояниям системы, указываются в отдельной таблице. В при- веденном примере: как только SI = 1, система совершает пере- ход из состояния q0 в qi, если S2 = 1, то осуществляется переход в состояние q2, для S2 ~ 0 — в состояние q0 и т. д.
			Ш 02 Yl Y2 YJ	
		ЕЙ й % г-ХЦ	& I | П?2 |	0 0 0 0 0 10 10 0 0 10 10	
Исходное
состояние
Схемы работы [2.58]
------Пуск вручную
------Закрыть защитную
 решетку
Наполне- ние			двигатель А включен	1
			Вентиль 1 открыт	2
			Время ожидания 10 с	3
			1 	2 	3		
Первые- тивание			Двигатель Б включен	/
			Время ожидания 240 с	2
Очень удобно использовать для описания линейно протекаю-
щих процессов и работы соответствующих систем управления.
Изображается зависящая от появления определенных событий
последовательность отдельных шагов или состояний процесса
(<7oi <71> 7г, • • •)• Пример: сигнал «Пуск» и сигнал «Закрыть за-
щитную решетку» начинают первый шаг процесса (например,
наполнения мешалки). Как только поступают информационные
сигналы 1, 2, 3 (двигатель А включен, вентиль 1 открыт, время
ожидания истекло), следует шаг процесса 2 и т. д.

Продолжение табл. 2.12
системы, представляет собой по-
казанную на рис. 2.26 иерархию
схем. Она же на рис. 2.27 проил-
люстрирована обобщенным при-
мером.
Созданная таким образом до-
кументация получается «автома-
тически» в процессе проектирова-
ния и соответствует иерархиче-
скому принципу организации
структуры больших систем (см.
рис. 1.2) и модульному характеру
современных электроприводов и
устройств автоматики. В некото-
рых случаях она пригодна также
для обнаружения неисправностей
[2.47].
2.5.3. Инструкции по контролю
и испытаниям. Инструкциями по
контролю и испытаниям опреде-
лены все операции, необходимые
для проверки работоспособности
изготовленных электротехниче-
ских изделий (элементы систем,
их функциональные узлы, элек-
трический монтаж и системы
в целом), и целесообразная по-
следовательность их выполнения.
Требования, содержащиеся в су-
ществующих нормативных мате-
риалах, этими инструкциями могут
дополняться и усиливаться, но ни
в коем случае не ослабляться, ос-
тавляться без внимания или от-
брасываться.
Качество инструкций по кон-
тролю существенно влияет как на
эффективность контроля, так и на
быстроту обнаружения и устране-
ния ошибок на этапах разра-
ботки, проектирования и изготов-
ления и, следовательно, на каче-
ство готового изделия. Необхо-
димо, чтобы эти инструкции были
ясно, четко и однозначно сформу-
лированы и учитывали уровень
квалификации персонала. Они
также должны гармонично до-
полнять остальную техническую
документацию системы, чтобы при
отрицательных результатах конт-
роля с помощью этой документа-
ции можно было быстро опреде-
лить неисправность.
Целесообразно предложить
следующую структуру таких ин-
струкций [2.62, 2.63]:
общие замечания;
наименование и краткое обо-
значение объекта, подлежащего
контролю;
82

Рис. 2.26. Оформление документации, описывающей работу системы: а—
обозначение уровней абстрагирования; б — иерархическая структура доку-
ментации; в — содержание
перечень используемых документов;
перечень средств контроля и данных, необходимых для контроля и обна-
ружения неисправностей;
указания по оформлению протокола испытаний;
указание последовательности выполняемых операций: визуальный кон-
троль; проверка мер защиты; функциональный контроль, контроль электри-
ческих цепей; контроль изоляции;
указания по технике безопасности.
Что касается предписаний по функциональному контролю, то их сле-
дует разрабатывать на основе средств описания работы устройств, а содер-
жащиеся в них этапы контроля должны включать в себя следующую ин-
формацию [2.63, 2.64]:
Этап контроля 1	Содержание этапа	Подготовка	Указания по наст- ройке	Результат контроля	Примечание
1	Контроль из- мерительной системы, фор- мирование де- сятичного вы- зова	Двухлучевой осциллограф 02-XYZ подключить к контроли- руемой точке Y105	$12’$18 = = 1	Диаграмма импульсов согласно рис. А 618 описания работы	При отрица- тельном ре- зультате кон- троля про- вести допол- нительный контроль в точках Y85 и Y93
			•		•
2.5.4. Инструкции по эксплуатации. К инструкциям по эксплуатации от-
носятся предписания н руководства по вводу установок, машин и устройств
в эксплуатацию, прекращению их эксплуатации, настройке и поддержанию
определенных рабочих режимов, по распознаванию и устранению неисправ-
ностей, уходу и ремонту. Хорошие инструкции по эксплуатации способствуют
сокращению времени на ознакомление с новыми установками и помогают
свести к минимуму ошибки в обслуживании, уменьшить число неполадок и
83

*МЗЗ
Умз.з/1
У М3 3/2
У мз з/з
Рис. 2.27. Пример иерархической структуры документации, описывающей
работу системы иа основе блок-схемы программы: а — общее описание ра-
боты системы; б — детальное описание процесса 1; в — подробное описание
работы модуля МЗ.З
ИЗ.) — М3.6 — модули, выполняющие отдельные операции; *Мз.з — входной сигнал;
^МЗ.З/1 —^Мз.3/3—выходные сигналы модуля МЗ.З
84

аварий и, как следствие, снизить процент брака. Квалифицированно состав-
ленные инструкции по эксплуатации являются, таким образом, существен-
ной предпосылкой для наилучшего использования автоматизированных си-
стем и обеспечения их максимальной производительности. Чтобы эти ин-
струкции отвечали своей задаче, они должны быть понятными, краткими и
однозначными и учитывать уровень квалификации обслуживающего персо-
нала. Особенно тщательно следует описать критические н редко возникаю-
щие ситуации и специально предостеречь от ошибочных, а тем более чре-
ватых тяжелыми последствиями действий. Кроме того, ни один пункт этих
инструкций не должен содержать положений, противоречащих существую-
щим указаниям по обеспечению надежности и правилам техники безопасно-
сти. Для больших установок следует установить ответственность за опреде-
ленные действия обслуживающего персонала.
Правила оформления и разработки инструкций по эксплуатации можно
найти в работах [2.65—2.69]. Например, в работе [2.69] для систем автома-
тизированного электропривода предлагается следующая структура таких ин-
струкций:
сведения об обязанностях и ответственности;
пояснение структуры и принципа действия обслуживаемого объекта на
основе схемотехнических и функциональных средств графического изобра-
жения;
оценка качества защиты и описание возможных аварий;
описание последовательности операций пуска, выхода на определенные
рабочие режимы, а также отключения установки;
описание мер, которые должны быть приняты в случае аварии;
указания по проведению планового профилактического ремонта, напри-
мер по замене изношенных деталей, контрольным испытаниям датчиков
и т. п.;
описание возможных причин возникновения неисправностей и указываю-
щих на них признаков, а также целесообразных операций по локализации
и нахождению неисправностей;
руководство по учету неисправностей с указанием данных, которые дол-
жны быть зарегистрированы.
Поскольку инструкции по эксплуатации представляют собой алгоритми-
зируемую последовательность действий, то в качестве средства описания
очень удобны алгоритмические блок-схемы. Для случая, когда в процессе
обслуживания нужно найти решение в сложных ситуациях, можно пользо-
ваться таблицами решений или комбинированными средствами описания.
Чисто словесное описание, так же как при описании работы, пригодно только
для- относительно несложных устройств и линейно протекающих операций
обслуживания.
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ДВИГАТЕЛЕЙ
С УСТРОЙСТВАМИ СИЛОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ
Поведение и параметры регулируемых по скорости электро-
приводов определяются взаимодействием электродвигателей
с силовыми электронными преобразователями. Эти преобразо-
ватели являются в принципе малоинерционными и вырабаты-
вают регулируемое по значению напряжение постоянного тока
или регулируемое по амплитуде и частоте напряжение перемен-
85

Рис. 3.1. Образование величии иа, id из переменных ил.в.с, /а,в,с трехфаз-
ной системы
Рис. 3.2. Образование переменных иА,в,с< 1л,в,с и величии иа, id
1— символическое представление «отключаемых тиристоров», т. е. симметричного
коммутатора
Рис. 3.3. Схематичное изображение взаимодействия вентильного преобра-
зователя с электродвигателем и сетью
ного тока. Преобразователи строятся на базе тиристоров или
транзисторов и работают в дискретном режиме. Выходное на-
пряжение постоянного тока образуется из последовательности
участков выпрямленного напряжения переменного тока, чаще
всего многофазного. Постоянный ток в нагрузке образуется как
сумма участков потребляемого переменного тока (рис. 3.1).
Многофазное напряжение переменного тока получается благо-
86

даря периодической коммутации подводимого постоянного на-
пряжения. Переменный ток в нагрузке возникает при инверти-
ровании постоянного тока (рис. 3.2). Рис. 3.1 и 3.2 поясняют
принцип работы преобразователей. Преимущественное приме-
нение на практике находят мостовые схемы.
Поведение системы описывается дифференциальными урав-
нениями, которые действительны для отдельных участков, ха-
рактеризующихся определенной проводимостью вентилей. Ра-
бота системы определяется электродвигателем; вентильный
преобразователь можно представить как комбинацию переклю-
чателей, определяющих для электродвигателя необходимые
входные величины. В некоторых случаях следует учитывать
влияние двигателя на преобразователь. Схематически это отра-
жено на рис. 3.3. Обозначенные величины имеют векторный ха-
рактер. Они подлежат непрерывным изменениям вследствие оп-
ределенного изменения проводимости вентилей и претерпевают
ступенчатые изменения при переключении вентилей в зависи-
мости от входных величин преобразователя. Приемлемое для
практики описание возможно, если представить преобразова-
тель состоящим из комбинации идеальных вентилей. При этом
активное и индуктивное сопротивления учитывают соответ-
ствующими параметрами двигателя. Пренебрегают также влия-
нием двигателя на преобразователь и представляют последний
в виде идеального источника напряжения. В табл. 3.1 приведено
сопоставление основных уравнений электродвигателей постоян-
ного и переменного тока.
Взаимодействие силовых электронных преобразователей
с электродвигателями и сетью анализируют обычно с целью опи-
сания реального поведения системы и расчета наблюдаемых яв-
лений. Отсюда можно определить основные параметры элемен-
тов и приборов. Во многих случаях для этого бывают доста-
точны упрощенные способы описания:
1.	Вентильный преобразователь считается генератором по-
стоянного напряжения, а в случае инвертирования — генерато-
ром синусоидального напряжения. При этом поведение привода
может быть описано достаточно точно, так как электродвига-
тель вследствие механической инерционности не подвержен
влиянию быстрых изменений напряжения преобразователя.
2.	Вентильный преобразователь представляется как генера-
тор постоянного или синусоидального напряжения с наложен-
ными высшими гармониками. На этой основе при соблюдении
принципа суперпозиции можно дополнительно к п. 1 описать
также внутренние явления в системе, например дополнительные
потери, коммутационные процессы.
3.	Преобразователь описывается уравнениями на отдельных
этапах работы. Этот способ не дает непрерывного решения, од-
нако он необходим в случае прерывистого тока преобразова-
теля, когда нарушается принцип суперпозиции. Уравнения со-
стояния решаются поэтапно с помощью преобразования Лап-
87

Таблица 3.1. Основные уравнения электрических машин
Тип двигателя	Электродвигатель постоянного тока	Асинхронный (синхронный) двигатель
Электрическая схема или схема за- мещения	к ф Lf W	0 		 ,,, „4		—0
Уравнения равно- весия напряжений	u = Rmi + . . di , dt uf = Rfif + Lf at	Us = R$is dtys 4	=—4-J«s4>s (1) at	~~ Ui = RiL + +	+	(2) dt
Потокосцепления	1 ., Фм = — 44 Wf	]Ps:= Lsls ЬмИ. « 		«	Lm ks — ~—, «i — ~— Ls	Li ~ 0 Ml)
Вращающий момент	m = kM^Mi	3	T m = 	ks Im X 2 x 1^4} zp = =	Im	zp
Мощность	p — та>м	3 _ . . . Ps = 	-Re us(sl 2	J 3 _ . . , P1 ~	t-1-1!
Примечания. 1. В уравнении (1) переменные являются комплексными
величинами i =	Q,e,120° + ice^2t0), что действительно в координатной
""	3
системе, вращающейся синхронно с полем статора. 2. Уравнение (2) справедливо
для синхронных машин (<Oj=0), координатная система привязана с учетом маг-
нитной асимметрии к оси обмотки ротора. Пояснения величин и индексов: £* —
комплексно-сопряженная величина по отношению к I; s — статорные величины;
М— якорные величины; 1 — роторные величины; f — величины цепи возбуж-
дения; т — взаимосвязанные величины; zp —• число пар полюсов.
88

ласа или вычислительных машин. Результаты представляются
во временной области и поэтому достаточно наглядны.
В следующих разделах подробно рассмотрены основные при-
меры системы двигатель — преобразователь — сеть. При этом
применяются: первая методика для описания внешнего поведе-
ния электропривода, вторая методика для описания внутренних
процессов в двигателе при питании от преобразователя в зоне
непрерывного тока, третья методика для описания прерывистых
процессов.
3.1.	ПИТАНИЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА
ОТ ВЕНТИЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
3.1.1.	Внешние эксплуатационные свойства приводов посто-
янного тока. Поведение двигателя определяется вне зависимо-
сти от выбранной схемы преобразователя (см. § 2.4) вентиль-
ными свойствами последнего и характером изменения выход-
ного напряжения. В схеме замещения контура тока перобразо-
ватель представлен в виде идеального источника напряжения
с последовательно включенными вентилем, активным и индук-
тивным сопротивлениями. Напряжение Ude учитывает, кроме
идеального выходного напряжения преобразователя, также и
независимое от нагрузки падение напряжения в вентилях:
Wde = Ud(Z)—St/s,	(3-1)
где %US— суммарное падение напряжения в последовательно
включенных вентилях.
Активное сопротивление в схеме замещения учитывает сово-
купность потерь в преобразователе, зависимых от тока на-
грузки, включая потери в трансформаторе и дросселях, подклю-
ченных со стороны переменного и постоянного тока:
Rel = ZPvl/Td,	(3.2)
где Id — среднее значение постоянного тока, при котором опре-
делены потери ZPvl-
При помощи величин Udo и IdN, где Udo — среднее значение
идеального выходного напряжения преобразователя, т. е. нап-
ряжение холостого хода; IdN — среднее значение номинального
тока преобразователя, можно перейти к относительному значе-
нию активного падения напряжения
dr= Re-JdNlU do-	(3.2а)
Другая, пропорциональная току составляющая падения на-
пряжения обусловлена коммутацией в преобразователе. Огра-
ничиваясь простой коммутацией преобразователя и обозначая
89

относительное падение коммутационного напряжения при номи-
нальном токе
dx= uxNiUd0,	(3.3)
можно выразить рассматриваемое сопротивление в схеме заме-
щения в виде
Re2 = dx-^-	(3.4)
IdN
Для каждой схемы преобразователя при учете сетевых ин-
дуктивных сопротивлений (трансформатора) имеется опреде-
ленная взаимосвязь между относительным падением напряже-
ния dx и напряжением короткого замыкания иь. Коэффициент
Y=dxluh приводится обычно в таблицах. Он составляет для
трехфазной мостовой схемы 0,5. Если же в преобразователе
имеет место многократная коммутация, например при коротких
замыканиях, то необходимо рассматривать более сложные вза-
имосвязи.
Для активного сопротивления в схеме замещения (рис. 3.4)
действительно равенство
^ = ^1 + ^2-	(3-5)
Эквивалентная индуктивность преобразователя в цепи по-
стоянного тока в основном определяется индуктивностью сгла-
живающего дросселя Ld. Приведенная к цепи постоянного тока
индуктивность сетевых дросселей или трансформатора L*r,
а также и индуктивность сети £*,у являются дополнительными
составляющими, которыми, впрочем, иногда пренебрегают:
Le — Ld Lt + Ln-	(3.6)
Вследствие интегрирующего действия индуктивности якор-
ной цепи и механической инерционности двигателя можно при-
менить для описания внешнего поведения электропривода по-
стоянного тока следующее уравнение:
-±-Jud(t)di = ud.	(3.7)
т о
С учетом характера работы вентилей уравнения состояния
составляют для отдельных участков.
Для i>0 действительно выражение
=	1 --[^-^-t-(^ + 7?M)];	(3.8)
dt (Le + Lai)
(3-9)
at J
90

Преобразователь । Двигатель
Рис. 3.4. Схема замещения
вентильного преобразователя
со стороны постоянного тока
Рнс. 3.5. Фазовая плос-
кость (со, i) для элект-
ропривода постоянного
тока с вентилем в якор-
ной цепи
С учетом основных уравнений электродвигателя постоянного
тока
и1Л —	=	mw — f (®м)> (3.10)
получим
, —[tide'	(3-Н)
я* (Le "Т М)
-^- = -^[ймФмг-И®м)1.	(3.12)
at J
Для ( = 0 справедливо уравнение
=	(3.13)
at	J
Рис. 3.5 иллюстрирует внешнее поведение электропривода
постоянного тока в фазовой плоскости (со, i), где показана фа-
зовая траектория процесса разгона от точки Ро(соо; io) до точки
Л»(сооо; loo). На рисунке видны участки траектории, обусловлен-
ные действием вентилей преобразователя:
область l’(i>0)
Р0->Л; Р2->Роо;
область 2 (i = 0)
Pi->P2.
Поведение системы в динамике определяется обеими обла-
стями. Если действующее в контуре напряжение St/s к началу
протекания тока (рабочая точка Р2) больше, чем в конце уча-
стка проводимости (рабочая точка Pi), то действительно нера-
венство
((01 — СОоо) < (сйоо — <02) •
Здесь возможны граничные колебания, хотя система в об-
ласти 1 и была устойчива. Эти колебания наблюдаются преиму-
91

щественно в режиме работы привода, близком к точке холо-
стого хода. Если же вследствие нагрузки двигателя состояние
1=0 исключено, то уравнения (3.11) и (3.12) полностью описы-
вают поведение системы. Для статических характеристик дей-
ствительны выражения:
гдеЙ0=-^-
q 	 Ude — Id (Re 4~ R м) • кмФм	(3-М)
Q=-^	Л4М (^ +-4-Л1) ’ кмфм	кмфм	(3.15)
Q _ J Мм Ро	Als	(3.16)
— скорость идеального холостого хода;	Ms =
=-----е--— момент короткого замыкания.
Re + Rm
Наклон механической характеристики определяется суммар-
ным сопротивлением якорной цепи.
3.1.2.	Высшие гармоники и определение параметров дроссе-
лей [3.4—3.9]. Внутреннее поведение электропривода постоян-
ного тока в значительной степени определяется характером вы-
ходного напряжения вентильного преобразователя. Высшие
гармоники тока, обусловленные высшими гармоническими со-
ставляющими выходного напряжения преобразователя, ухуд-
шают работу электродвигателя:
1.	Высшие гармоники увеличивают действующее значение
тока якоря и вызывают в связи с этим повышенные тепловые
потери.
2.	Высшие гармоники являются причиной пульсации попе-
речного поля якоря и приводят к повышенным потерям на пе-
ремагничивание железа.
3.	Вследствие наличия гармоник даже при стационарной на-
грузке di/dt^=O, из-за чего ухудшается коммутация двигателя.
4.	Вследствие пульсации поперечного поля якоря возникает
повышенный шум при работе двигателя.
Вначале положим, что хотя ток якоря и содержит высшие
гармонические, но никогда не достигает нулевого значения. Ис-
ходя из этого, целесообразно определить выходное напряжение
и ток преобразователя на основании известных гармонических
представлений.
Для выходного напряжения р-пульсного преобразователя
действительно выражение
ud=Ud0cosa + X Ukp л/2 cos^pw^ + qp*),	(3.17)
где f/docos а — среднее значение выпрямленного напряжения;
k= 1, 2, 3, . . . ; Ukp — амплитуда гармоники кратностью kp (дей-
ствующее значение).
92

Амплитуды отдельных гармоник и соответствующие дей-
ствующие значения Up зависят в основном от угла открытия
преобразователя. Соответственно ток в якорной цепи двигателя
будет
id = h + X ЦРл/2 cos (&рсоК 4~ ФО,	(3.18)
где IhP — амплитуда гармоники тока кратностью kp (действую-
щее значение).
Так как частоты гармоник напряжения и тока относительно
высоки, соответствующие флюктуации угловой скорости двига-
теля вследствие механической инерционности привода практи-
чески отсутствуют. Благодаря этому противо-ЭДС двигателя не
содержит гармоник. В соответствии с рис. 3.4 уравнение равно-
весия напряжений будет
ud - 2 Us = id (Ra + Rrt+ R м) 4-	(Le + LM) 4- kM®M	. (3.19)
at
При этом ud и id определяются в соответствии с (3.17) и
(3.18). Уравнение (3.19) должно быть действительно как для
постоянной составляющей [см. (3.14)], так и для гармонических
составляющих. При составлении уравнения для высших гармо-
ник допустимо не учитывать падение напряжения на активном
сопротивлении контура:
C0S(£p®i + Tfe) = (44-^м)^Е ЛрД/2 cos (£/?©!+
k	dtk
(3.20)
Количественными характеристиками пульсирующих величин
являются:
действующее значение пульсации напряжения
Wue=^%Ulp ]Ud = f(a)-	(3.21)
действующее значение пульсации тока
= HP/7d = f(a, L);	(3.22)
экстремальное значение пульсации тока (рис. 3.6)
— G'max lmin)/(f'max 4“ f'min) — f (c&, Б).	(3.23)
Действующее значение пульсации напряжения определяется
схемой преобразователя. Оно представлено на рис. 3.7 для ти-
повых схем в зависимости от угла управления тиристорами *.
* Расчеты выполнены для случая идеального сглаживания тока. Благо-
даря неполному сглаживанию тока получается снижение пульсации. Таким
образом, диаграммы характеризуют самые неблагоприятные граничные случаи.
93

Рис. 3.6. к определению экс-
тремального значения пульса-
ции тока
Рис. 3.7. Действующее значе-
ние пульсации выходного на-
пряжения преобразователя:
а — полностью управляемые
схемы; б — полууправляемые
схемы
/ — двухпульсный преобразователь;
2 — трехпульсный преобразователь;
3 — шестипульсиый преобразова-
тель; 4 — двеиадцатипульсиый пре-
образователь; 5 — однопульсиый
преобразователь с нулевым венти-
лем; 6 — полууправляемый одно-
фазный мост с нулевым вентилем;
7 — полууправляемый трехфазный
мост с нулевым вентилем
Преимущества многофазных схем выпрямления и схем с ну-
левым вентилем очевидны.
Действующее значение пульсации тока с учетом (3.20) будет
Wie =	.	(3.24)
Л/	Id (Le -f- Lm) <U1
Для практических расчетов целесообразно ввести коэффици-
ент пульсации, зависящий только от схемы преобразователя и
угла управления (рис. 3.8) *:
f /у г
lw он А/ Z-Л UdokP J	(3.25)
При использовании этого коэффициента получается
Wie = fw~-----.	(3.26)
	I d (Le	Lm)
* См. сноску на стр. 93.
94

Рис. 3.8. Коэффициент пульсации
fw в миллисекундах при частоте
сети 50 Гц
Обозначения характеристик — см.
рис. 3.7.
Рис. 3.9. Нормированные экстремальные
значения тока в зависимости от угла
управления
Обозначения характеристик — см. рис. 3.6 и
3.7. Экстремальные значения тока полностью
управляемых схем Л 2, 3, 4 располагаются
в диапазоне 90о<а<180® симметрично относи-
тельно диапазона угла управления 0<а<90
Для определения экстремального значения пульсации* слу-
жат диаграммы, изображенные на рис. 3.9*.
С учетом обозначений, приведенных на рис. 3.6, имеем
W {  гп1ах tmin  (id ~f- t ) (/rf — t ) __ 
imax + imin	(7 d -f- ?) -f- (7d — f) 2Id + (?— Г)
(3.27)
В первом приближении Wi~2Wie.
Благодаря соответствующему выбору параметров сглажи-
вающего дросселя и тем самым индуктивности цепи преобразо-
вателя Le всегда можно снизить пульсацию тока до допусти-
мого для двигателя значения. Однако с целью экономии
материалов и упрощения монтажа желательно выполнять элек-
троприводы без сглаживающего дросселя. К машинам постоян-
ного тока, питаемым от вентильных преобразователей, предъяв-
ляются при этом следующие требования:
* См. сноску на стр. 93.
95

1.	Индуктивность якорной цепи двигателя LM должна быть
достаточно большой, поскольку пульсация тока ограничивается
только данной индуктивностью. По возможности следует избе-
гать применения компенсационных обмоток, так как они пред-
определяют снижение индуктивности якорной цепи. Для совре-
менных электродвигателей постоянного тока справедливо сле-
дующее условие, записанное через номинальные величины:
(3-28)
' NnN
Значение коэффициента kL для машин мощностью Р^ =
= 1 ... 100 кВт составляет
kL « 0,03.	(3.29)
2.	Допустимая пульсация в номинальном режиме должна
быть достаточно большой. Высококачественные машины имеют
U7ie>0,15. Вследствие повышенных тепловых потерь необходимо
снижение номинальной мощности двигателя. Однако с точки
зрения экономичности выбираемого решения следует иметь ко-
эффициент формы
Fl = '\/l + WlCi,2.	(3.30)
Чтобы гарантировать безупречную коммутацию при боль-
шой пульсации тока, необходимо устранить образование вихре-
вых токов в полюсах. Для этого полюсы или статор машины
в целом выполняют шихтованными.
3.	Допустимая пульсация тока двигателя зависит от его ча-
стоты вращения в диапазоне регулирования как напряжения
якоря, так и поля (рис. 3.10). На низких частотах вращения
следует ориентироваться на максимально допустимую пульса-
цию, поскольку она в соответствии с (3.26) и (3.28) для Le = 0;
Ду = 0,85 Uao составляет
Wle = fw~^—,	(3-31)
т. e. зависит от частоты вращения двигателя (см. рис. 3.8). На
основании анализа рис. 3.10 и 3.8 и уравнения (3.31) очевидно,
что границы допустимой пульсации могут быть выдержаны при
отсутствии сглаживающего дросселя в случае применения пол-
ностью управляемой трехфазной мостовой схемы. При исполь-
зовании двух- или трехпульсных схем это условие, как правило,
не выполняется. Из выражения (3.31) далее следует, что у ма-
шин с большой номинальной частотой вращения nN при пита-
нии от преобразователей возникают дополнительные проблемы.
Получение пониженной допустимой пульсации в области регу-
лирования поля сопряжено в некоторых случаях с применением
сглаживающего дросселя в якорной цепи.
96

Рис. 3.10. Относительное значение допустимой пульсации тока типового
электродвигателя в зависимости от его угловой скорости (действительно
для экстремального и действующего значений пульсации)
3.1.3. Режим прерывистого тока [3.10, 3.11]. Прерывистый
ток якоря возникает вследствие работы вентильного преобра-
зователя (рис. 3.11). Граница режима прерывистого тока опре-
деляется как
imin =	= 1 — 0,
где Idi — среднее значение гранично-непрерывного тока.
Для упрощения расчетов можно воспользоваться коэффици-
ентом прерывистости fi, полученным из диаграмм рис. 3.9. Зна-
чение гранично-непрерывного тока будет
=	- 71-	(3-32)
Коэффициент представлен на рис. 3.12 в зависимости от
пульсности схемы и соотношения U аШ<]л для частоты сети f=
= 50 Гц. Гранично-непрерывный ток может быть выбран произ-
вольно соответствующим выбором индуктивности якорной цепи.
При отсутствии сглаживающего дросселя относительное значе-
ние гранично-непрерывного тока в соответствии с (3.32) и
(3.28) будет
=	(3.33)
0,85&l
Оно является функцией UdJUdo- Отрицательное выходное на-
пряжение преобразователя «отсекается» вентилями в период
паузы. Ток в этот период не протекает. Таким образом, ток
4 Заказ № 1446
97

в якорной цепи состоит из последовательности независимых
друг от друга импульсов тока (см. рис. 3.11). Расчет процессов
в период пауз базируется на характере этих импульсов тока.
При длительности протекания тока
< •О' = cat < 62	(3.34)
для выходного напряжения р-пульсного преобразователя неза-
висимо от фазности действительно уравнение
ud = U sin (cat + ,0'1)>	(3.35)
где U — верхнее значение переменного напряжения преобразо-
вателя.
При пренебрежении падением напряжения на вентилях иа
является мгновенным значением напряжения замещения Ude
в уравнении (3.7). Вследствие механической инерционности
двигателя его противо-ЭДС им может считаться постоянной
в период импульса тока. При этом уравнение тока (3.8) станет
т	-кг-«м-^ + 1?м)Ь	(3-36)
dt Le + (LM
Ток i при t = 0 имеет нулевое значение, при t>0 изменя-
ется в соответствии с искомой зависимостью i(t) и при £/ =
= $/са снова становится рав-
ным нулю. Для определе-
ния длительности протекания
тока рассматривают трансцен-
дентное уравнение при i(tf) =
= 0
0 = sin 62—сот cos б'2 +
+ (сот cos 6'1 — sin 61)	—
_j^(1 + oV)(l-e-zf/T),
(3.37)
/7/7/74 —I—।—:—i—1—1—1—:—,—1
’ 0 0,1 0.2 0,0 OJt 0,5 0,5 0R 0,8 0,3 4/7
Рис. 3.12. Коэффициент прерыви-
стости ft в миллисекундах при
частоте сети 50 Гц
Обозначения характеристик — см.
рис. 3.7
где co — круговая частота сет-
ки; r=(Le + LM)/(Re + RM).
Рис. 3.11. Изменение напряжения и
тока в режиме прерывистого тока
98

l)/ Ct;
22 (f-ко-
го ifO 60	80	100	120° cc,
60 SO 100	120 KO 160	180° ft,
Рис. 3.13. Длительность протекания тока —’0'1 при работе шестипульсной
схемы в режиме прерывистого тока
tg г|? = <о ———•	9=<о/=а-{-л/2— яр
Решение данного уравнения представлено на рис. 3.13 [3.10].
Для определения поведения электропривода в режиме пре-
рывистого тока преобразователя не обязательно знать измене-
ние тока — достаточно рассчитать среднее значение тока в пе-
риод проводимости, которому соответствует средний момент
двигателя. Интегрируя (3.36) по интервалу проводимости, по-
лучаем
/2
f J- 1
\ di =--------------- X
J Le 4-
X /t7sin(®/ + 6'1)^—uMtf—(Re + RM)l idt .
Lo	о J
(3.38)
 Относя выражение (3.38) к интервалу проводимости Т/р,
с учетом i1 = i2=0 имеем
1	/ idt
0=~f Usin^t + ^)dt-uM^--------(Pe + 7?M)^—. (3.39)
Tip о	T/p	Tip
4*
99

J idt
Выражение -------= 1 соответствует среднему значению
Т/р
тока в период проводимости, пропорциональному моменту дви-
гателя. Для более наглядного представления пронормируем
уравнение (3.39). Обозначим: UdQ = U sin —---напряжение
л р
идеального холостого хода преобразователя при а = 0; /*=
= Udol(Re + RM)—ток короткого замыкания привода; Afft=
= кмФм1к — момент короткого замыкания; Qo='U/(kMcbM) —
угловая скорость двигателя при максимальном выходном на-
пряжении преобразователя.
Уравнение скорости в режиме прерывистого тока преобра-
зователя будет
0 = Ud02n ' (coscosQoUdoT/p Д’’
— = -^- Г-£_(СО5<Д—cos-&2)----(3.40)
Йо 0 L 2л	’ U Mk J
Расположение характеристик преобразователя без нулевого
вентиля может быть определено с помощью рис. 3.13. Оно пред-
ставлено на рис. 3.14 [3.10]. Характерным является значитель-
ный наклон характеристик в зоне режима прерывистого тока
по сравнению с их наклоном в области режима непрерывного
тока. Возникающие при этом трудности регулирования можно
преодолеть с помощью адаптивного управления, так что в на-
стоящее время режим прерывистого тока широко используется
на практике.
Ухудшение условий работы двигателя в режиме прерыви-
стого тока обусловлено относительно высокой скоростью изме-
нения тока, наблюдающейся прежде всего на низких частотах
вращения двигателя. Из уравнения (3.36) следует, что макси-
мальное нарастание тока наблюдается в начале периода про-
водимости. При нулевой частоте вращения двигателя будет
Ud щах
Le +
Lm
(3.41)
Если нарастание тока ограничивается только индуктивно-
стью двигателя, то в соответствии с (3.28) при Z7dmax=Z7 и
Z7.v~0,85 C/j/o имеем
f—А	7 У-"-.	(3.42)
\ dt /max 0,85/гд
В заторможенном двигателе, имеющем номинальную ча-
стоту вращения nN= 1500 об/мин и &г = 0,03, наблюдается отно-
сительное нарастание тока около 1000/у в секунду. Это значе-
ние существенно выше обычных скоростей изменения тока
100

Рис. 3.14. Нагрузочные характери-
стики двигателя, питаемого от вен-
тильного преобразователя
Штриховая линия — граница режима пре-
'	рывистого тока
в процессе регулирования, со-
ставляющих не более 200
в секунду. Коммутационная
нагрузка двигателя в режиме
прерывистого тока выше, чем
в режиме непрерывного тока.
Хотя указанные скорости изменения тока имеют место только
в течение короткого промежутка времени, двигатели выполня-
ются с шихтованными полюсами и ярмом, чтобы они работали
в режиме прерывистого тока без сглаживающих дросселей.
3.2.	РАБОТА ВЕНТИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
ОТ ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
При более подробном исследовании параллельной работы
вентильных электроприводов с вращающимися машинами, ком-
пенсирующими устройствами и другими преобразователями сле-
дует в дополнение к изложенному в § 2.5 учитывать пульсирую-
щий характер работы вентильных преобразователей. На рис.
3.15 изображена функциональная схема, типичная для устано-
вок среднего и низкого напряжения. Общая шина 1 соединена
через линию, обладающую сопротивлением и индуктивно-
стью Ln, с источником напряжения сети. Наряду с одним или
несколькими вентильными приводами к общей шине подключа-
ются электрические машины или иные активно-индуктивные по-
требители, а также фильтровые конденсаторы и контуры.
3.2.1.	Схема замещения вентильного преобразователя [3.12,
3.13]. В сетевом напряжении на входе преобразователя (см.
рис. 3.16 применительно к нулевой
схеме включения) четко видны две
перемежающиеся зоны: зона комму-
тационного короткого замыкания и
зона межкоммутационной работы.
Рис. 3.15. Функциональная схема параллель-
ной работы вентильного преобразователя 5,
двигателя М, компенсирующего устройства К
и электронного устройства Е
Uнапряжение сети (действующее значение ли-
нейного напряжения); Ljy—индуктивность сети;
Lj- — индуктивность рассеяния силового трансформа-
тора нли токоограиичнвающих реакторов; L& —
сглаживающая индуктивность в цепи постоянного
тока; L^, СЯд-—индуктивность, емкость и демп-
фирующее сопротивление компенсирующего устрой-
ства
101

Рис. 3.16. Напряжения и токи преобразователя в трехфазной нулевой схеме:
а — сторона переменного тока; б — сторона постоянного тока
В нормальных режимах работы вентильных электроприво-
дов зона коммутационного короткого замыкания является до-
статочно малой, а в режиме гранично-непрерывного тока — бес-
конечно малой сравнительно с межкоммутационной зоной.
В этом режиме преобразователь вызывает провалы сетевого
напряжения, которые могут быть охарактеризованы площад-
ками Fu с провалом АСУ и длительностью коммутации А/ при
любом угле управления в соответствии с формулой
F„ = AL/At	(3.43)
Применительно к одной фазе можно записать
м
Fu = ^L-^-dt = ^LId,	(3.44)
о
где 2С — суммарная коммутируемая индуктивность одной
фазы; 1а—• коммутируемый постоянный ток.
По характеру воздействия на сеть переменного тока вен-
тильный преобразователь может рассматриваться как импульс-
ный генератор. В сети протекают два процесса: процесс фор-
мирования основной гармоники сетевого напряжения UN и про-
цесс формирования импульсного напряжения Fu за счет работы
преобразователя. На рис. 3.17 показаны соответствующие схемы
замещения.
В схеме замещения для основной гармоники электропривод
характеризуется противо-ЭДС Ud и индуктивностью цепи по-
стоянного тока Ld. Благодаря этому можно определить постоян-
ную составляющую якорного тока на рассчитываемом интер-
вале времени. Высокочастотная составляющая тока обуслов-
лена импульсным напряжением и определяется амплитудой и
сдвигом фазы относительно последнего. Асинхронный или син-
хронный двигатель описывается посредством присоединенной
индуктивности LMa и напряжения UM. Эти величины можно
определить из уравнений машины. Активным сопротивлением
обмотки статора и током намагничивания асинхронного двига-
теля обычно пренебрегают.
102

Рис. 3.17. Схемы замещения в соответствии с рис. 3.15: а — для основной
гармоники; б — для импульсного процесса в период коммутации; в — для .
импульсного процесса в межкоммутациоииый период
Схему замещения для импульсного процесса составляют от-
дельно для периода коммутации и для межкоммутационного
периода. Поскольку длительность коммутационного короткого
замыкания достаточно мала, то в этот период учитывают, по-
мимо всех источников синусоидального напряжения, также и
емкости короткого замыкания. Все индуктивности считаются
переходными. В соответствии с этим на рис. 3.17,6 построена
схема замещения. На ее основе можно определить площадь
импульса в следующем виде:
р __ р (LnLm<sLk}I(Lk.Lm<s 4- LnLmq 4- Ln^k)	/3 45ч
uS U i-т 4-	4-	4- LNLK)
Импульсные токи через цепи подключения в конце импульса
будут
I = Лу + Ли + Ло	7	:~: --------(3.46)
lN Lfit<s LK
Для межкоммутационного периода действительна схема за-
мещения, показанная на рис. 3.17, в. Начальные значения то-
ков или напряжений накопителей энергии идентичны конечным
значениям в первой области — области коммутации. Схема за-
мещения преобразователя содержит сглаживающую индуктив-
ность со стороны постоянного тока, поскольку в рассматривае-
мой области все токи протекают через
эту индуктивность, принадлежащую
обеим токопроводящим фазам. На осно-	Y
вании схемы замещения рис. 3.17,5	3
с учетом начальных условий могут быть __1---------•------*—
рассчитаны токи и напряжения, обу-
словленные коммутационным процессом 3 т 3 Мб 3 к
преобразователя и наложенные на сину- э	Г|п
соидальные величины.	3-^-	И *
Рис. 3.18. Результирующая схема замещения для
рис. 3.15	-L-
103

Сравнение рис. 3.17, б и в показывает, что для импульсных
процессов может быть построена одна действительная для
обеих областей схема замещения, если источник импульсного
напряжения формально расположить за сглаживающей индук-
тивностью Ld/2. По аналогии с (3.45) можно записать для пло-
щади импульса этого фиктивного источника следующее выра-
жение:
Fud = Fu
______LnLmgLk
LkFuc +	LnLr,
LnLmgLr
(3-47)
Результирующая схема замещения, изображенная на рис.
3.18, дает возможность рассчитать токи и напряжения как ре-
зультат наложения синусоидального и импульсного процессов.
В соответствии с методами системного анализа можно рассмат-
ривать площадь Fud как площадь входного импульса. Характер
напряжения или тока общей шины может быть определен как
импульсная (Ьесовая) функция. Площадь коммутационного
процесса можно легко и с достаточной точностью определить
экспериментально из осциллограммы напряжения общей шины.
В результате этого, используя представленную схему замеще-
ния, удается выявить специфические условия работы потреби-
телей, подключенных к общей шине.
3.2.2.	Параллельная работа преобразователей с вращающи-
мися машинами [3.14—3.17]. Асинхронный (или синхронный)
двигатель, а равно и другой активно-индуктивный потреби-
тель, подключенный к сети переменного тока параллельно
с вентильным электроприводом, питается синусоидальным на-
пряжением с наложенным на него импульсным напряжением.
В соответствии с этим ток состоит из синусоидальной состав-
Рис. 3.20. Снижение допустимого
момента двигателя при парал-
лельной работе преобразователей
для &U/Ux=Q,3
Рис. 3.19. Идеализированные процессы
изменения напряжения и тока двигателя
104

Рис. 3.21. Коэффициент искажения напряже-
ния общей шины
ляющей is и, при пренебрежении со-
противлением цепи статора, из пря-
моугольной составляющей ire (рис.
3.19). Вследствие уменьшения основ-
ной волны напряжения статора и уве-
личения действующего значения тока
при одинаковой волне получается
снижение полезного момента двига-
теля при работе с номинальными по-
терями мощности.
Коэффициент снижения k — М/Ми№ал представлен на рис.
3.20 для типовых двигателей низкого и среднего напряжения.
При этом рассматривалась общая шина, суммарная располагае-
мая мощность PN которой так распределена между преобразо-
вателем (Pg) и двигателем (Рм), что всегда действительно ра-
венство Pn = Ps + Pm-
Из-за наложения импульсного напряжения на синусоидаль-
ное получается значительное искажение сетевого напряжения
высшими гармониками. На рис. 3.21 показан коэффициент ис-
кажения напряжения u= £7i sin + Х sin (vcoZ-j-q>v)
V
(3-48)
U i у v
в зависимости от высоты и ширины импульсов. На основании
существующих в настоящее время предписаний по эксплуата-
ции электрических машин [3.18, 3.19] при йи>5 % необходимо
специальное согласование вопроса с изготовителем двигателей.
Параллельная работа вращающихся машин с вентильными
электроприводами сравнимой мощности оказывает благоприят-
ное воздействие на энергетику процессов, поскольку относи-
тельно небольшая индуктивность рассеяния LMa двигателя
I в соответствии с (3.45) способствует уменьшению импульсов
напряжения общей шины.
3.2.3.	Параллельная работа преобразователя с компенсирую-
щими устройствами [3.20—3.23]. Конденсаторные батареи, рабо-
тающие параллельно с вентильным электроприводом и служа-
щие для компенсации реактивной мощности, снижают им-
пульсы напряжения на общей шине. В идеальном случае, при
отсутствии сопротивления и индуктивности конденсатора,
импульс напряжения во время коммутации оказывается замкну-
тым накоротко (см. рис. 3.17,6). В результате возникает коле-
I бательный процесс, обусловленный зарядом конденсатора в те-
чение импульса и налагающийся на синусоидальное напряже-
105

Рис. 3:22. Напряжение общей
шины вентильного электропривода
с компенсирующим конденсато-
ром
степень компенсации, отнесен-
ная к номинальной мощности преоб-
разователя
Рис. 3.23. Однолинейная
схема замещения импульс-
ного режима для расчета
наложенного напряжения
ние общей шины. В соответствии с рис. 3.18 при LK = Q можно
записать импульсную реакцию напряжения в следующем виде:
иа (0 = IdLNa [2 -A- cos ©/ + (1 + sin е~ы, (3.49)
где
6=^-;
2Ln	\ ^KLN
Могут иметь место недопустимые всплески и отклонения от
синусоидальной формы напряжения общей шины, в особенно-
сти при малых значениях демпфирующего сопротивления RK
и компенсирующей емкости Ск. На рис. 3.22 показаны про-
цессы изменения напряжения общей шины без компенсирую-
щего конденсатора, а также с конденсаторами, рассчитанными
на различную степень компенсации. Характерно, что каждый
коммутирующий импульс обусловливает колебательный процесс
в соответствии с уравнением (3.49). Если эти колебания не успе-
вают затухнуть к началу следующего импульса, то происходит
наложение колебаний на следующем участке.
В случае недостаточного демпфирования колебаний, что
чаще всего наблюдается в установках большой мощности, не-
обходимо вместо компенсирующих конденсаторов вводить так
называемые отсасывающие контуры, решающие задачу компен-
сации реактивных токов. Отсасывающие контуры рассчитыва-
ются для существенных гармоник, в частности при применении
шестипульсного преобразователя — для 5-й и 7-й, а при необхо-
106

В=Г^^23
Лу+Лг
ld=№b
B=J^-=0,23
AfT*T
Id= KO A
Пс=0,63
Рис. 3.24. Напряжение общей
шины вентильного электропри-
вода с отсасывающими конту-
рами: а — настройка на 5-ю и
7-ю гармоники; б, в — с ком-
пенсирующим конденсатором
Рнс. 3.25. Граничные температурные харак-
теристики силовых конденсаторов вентиль-
ных преобразователей
РК — компенсация с помощью конденсаторов;
SK— компенсация с помощью контуров. Усло-
вия: сс=90°; Рj'=l,'3; В~Х^/(Хjy-b
+ Xr)=o,2; ^№юсетиЛ№ x7’=сосетиЛ7’; для
PK: Py£/Q£=0%, 2%; для SK: o=10
димости и для 11-й и 13-й гармоник. Поскольку отсасывающие
контуры слабо устраняют провалы напряжения, то целесооб-
разно использовать их вместе с компенсирующими конденсато-
рами (схема токового резонанса). Расчет наложенного про-
цесса изменения напряжения можно выполнить на основании
схемы замещения для импульсного режима (рис. 3.23). Рис. 3.24
иллюстрирует некоторые типичные процессы изменения напря-
жения общей шины.
На основании существующих предписаний напряжение, ко-
торое отклоняется от синусоидальной формы не более чем на
5%, считается практически синусоидальным. В промышленных
сетях имеют место большие отклонения от идеальной формы
переменного напряжения.
Поскольку компенсирующие конденсаторы и отсасывающие
контуры проводят преимущественно токи высоких частот, не-
обходимо уделять особое внимание температурным режимам.
Изображенные на рис. 3.25 граничные температурные харак-
теристики, рассчитанные при Ic/1cn=1,3 [3.24], где 1с — дейст-
вующее значение тока конденсатора; 1Cn— номинальный ток
конденсатора при работе на синусоидальном номинальном на-
пряжении, построены в зависимости от относительной мощно-
сти преобразователя (см. п. 2.4.2)
А = Udi0IdN/Sk3,	(3.50)
где Udi0 — напряжение идеального холостого хода; IdN— номи-
нальный ток преобразователя; S'il3— мощность трехфазного
короткого замыкания сети в месте подключения.
107

Очевидно, что как для компенсирующих конденсаторов, так
и для отсасывающих контуров необходимо обеспечить минимум
относительной мощности
Ac — Qc/Sk3,
где Qc — номинальная реактивная мощность конденсатора. При
малой нагрузке часто имеет место перекомпенсация. Отсасы-
вающий контур для 7-й гармоники может быть подключен, если
контур для 5-й гармоники уже находится в работе. При вы-
бранных конденсаторах индуктивности отсасывающих конту-
ров определяются исходя из резонансной частоты. При парал-
лельной работе отсасывающих контуров и компенсирующих
конденсаторов емкости распределяют таким образом, чтобы
температурный режим как контуров, так и конденсаторов в от-
дельности был в пределах нормы. Действительная температур-
ная нагрузка будет несколько ниже.
Более благоприятные соотношения получаются при пере-
ходе к 12-пульсной схеме выпрямления. При выборе парамет-
ров конденсаторов и контуров следует учитывать возможность
работы и при 6-пульсной схеме. Необходимо также проверить,
чтобы выбранные по температурным режимам конденсаторы и
контуры обеспечивали необходимый уровень синусоидальности
напряжения на общих шинах.
3.2.4.	Параллельная работа нескольких вентильных элек-
троприводов [3.25—3.27]. Нагрузка сети реактивной мощно-
стью и гармониками тока в случае параллельной работы не-
скольких вентильных электроприводов может быть определена
на основании общей нагрузочной диаграммы. Для каждого
электропривода в отдельности действительны закономерности,
описанные в § 2.4.
Особого внимания требуют коммутационные явления, по-
скольку они приводят к взаимному влиянию параллельно ра-
ботающих преобразователей. Для двух параллельно работаю-
щих вентильных электроприводов действительна схема заме-
щения, показанная на рис. 3.26 (см. также п. 3.2.1), дающая
возможность рассчитать напряжение общей шины и токи. По-
скольку Lt + LdIZ^Ln, то для фиктивной площадки импульс-
ного напряжения за сглаживающим дросселем будет действи-
тельно выражение
FuD « Fu	Ln .	(3.51)
Если углы управления преобразователями таковы, что пер-
вый преобразователь еще находится в состоянии коммутации,
а во втором коммутация уже началась, т. е. Аа<Ц1, цг, то ком-
мутационные процессы влияют друг на друга. При достаточном
значении сетевого напряжения открываются вентили второго
преобразователя, что обеспечивает увеличение длительности
108

Рис. 3.26. Однолинейная схема замещения импульс-
ного процесса при параллельной работе двух вен-
тильных электроприводов от общей шипы
Fud ~ фиктивное импульсное напряжение за сглаживающим
дросселем
коммутационных процессов и провалов на-
пряжения. Если же напряжения окажется
недостаточно для открытия вентилей вто-
рого преобразователя, то будет иметь ме-
сто запаздывание его работы на время
коммутации первого преобразователя. Может наблюдаться
даже отсутствие открытия вентилей второго преобразова-
теля.
Аналогичные проблемы возникают также при Да — 60° и
Да=«120°. Для более точного исследования следует рассматри-
вать все фазы трехфазной системы. Коммутационные процессы
в преобразователе малой мощности (в первом) не влияют на
коммутацию мощного преобразователя (второго). Однако ком-
мутация последнего существенно влияет на работу первого. Из-
ложенное справедливо и для систем с большим числом вен-
тильных электроприводов при условии последовательного рас-
смотрения смежных приводов.
Параллельную работу большого числа вентильных приво-
дов трудно исследовать в детерминированном плане. В этих
условиях можно принимать во внимание наиболее неблагопри-
ятные случаи, например определять нагрузку сети реактивным
током и высшими гармониками как алгебраическую сумму на-
грузок отдельных преобразователей при номинальном режиме
и угле управления а = 90°. Однако соответствующий выбор па-
раметров отсасывающих контуров и компенсирующих конден-
саторов в этом случае приводит к неэкономичным решениям.
При статистическом исследовании рассматривают N одина-
ковых преобразователей, подключенных к общей шине. Как
амплитуда тока /ж, включая и высшие гармоники тока, так
и угол управления вентилями аж и фаза гармоник имеют слу-
чайный характер и могут колебаться между экстремальными
значениями 1Х= (0.. A)IN и а = 0. ..360°. Все значения в указан-
ном диапазоне равновероятны. При этом каждый преобразова-
тель описывается вектором состояния. В результате моделиро-
вания по методу Монте-Карло получается диаграмма, показан-
ная на рис. 3.27 [3.26]. Она справедлива с вероятностью 99 %.
Характеристика 1, действительная для постоянного угла, может
быть положена в основу расчета суммарного реактивного тока
и параметров компенсирующих устройств. Она гарантирует
верхнюю границу, поскольку угол управления обычно изменя-
ется произвольным образом. Так как статистические колеба-
ния угла управления оказывают большое влияние на фазу
высших гармоник, то результирующий ток гармоник будет су-
щественно ниже. При расчете результирующего тока и опреде-
109

Рис. 3.27. Суммарные характеристики N одинаковых векторов
I — постоянный угол и переменная амплитуда; 2 — постоянная амплитуда и перемен-
ный угол; 3 — переменный угол и переменная амплитуда
лении параметров отсасывающих контуров может быть исполь-
зована характеристика 3.
Взаимное влияние преобразователей через коммутационные
процессы является несущественным только тогда, когда мощ-
ность отдельных преобразователей мала по сравнению с мощ-
ностью всей установки. В противном случае необходимо прове-
рить экстремальные точки.
3.2.5.	Динамическая компенсация реактивной мощности
[3.28—3.33]. Реактивная мощность, потребляемая вентильным
преобразователем, зависит от нагрузки и угла управления и
поэтому изменяется в большинстве случаев достаточно быстро.
Конденсаторы и отсасывающие контуры позволяют скомпенси-
ровать только среднюю реактивную мощность. Для динамиче-
ской компенсации реактивной мощности нередко применяют
синхронные машины. С помощью введения быстродействующей
системы регулирования возбуждения можно компенсировать
броски реактивной нагрузки за 20—100 мс. Синхронные ма-
шины могут отдавать как емкостную, так и индуктивную мощ-
ность, поэтому целесообразно применять их наряду с конденса-
торами, что обеспечивает регулируемую компенсацию. Синхрон-
ные машины способствуют увеличению мощности короткого
замыкания сети и тем самым снижают коммутационные про-
валы напряжения общей шины. При этом в машине имеют
место повышенные потери (см. п. 3.2.2).
Статические устройства динамической компенсации реак-
тивной мощности отличаются малыми эксплуатационными за-
тратами, незначительными потерями и высоким быстродейст-
вием. Возможные схемные решения представлены в табл. 3.2.
С энергетической точки зрения наилучшей является схема б.
Благодаря подключению регулируемой части устройства ком-
пенсации параллельно нерегулируемой части, настроенной на
110

Применение	Для компенсации симметрич- ных и несимметричных потреби- телей (дуговых печей). Высшие гармонические не генерируются	Для быстрой компенсации симметричных потребителей. Потери мощности незначитель- ные
Принцип работы	Ступенчатое подключение конден- i саторов через тиристорные комму- таторы	Компенсация средней реактивной мощности с помощью конденсаторов или отсасывающих контуров; гене- рация емкостной или индуктивной дополнительной мощности через не- зависимый инвертор
1 Схема	Д ф А х Ф Ф- |#^||^| . i ±	"Chh -гС5><$> 	
Наименование	Конденсаторы, подключен- ные через тиристоры	Емкостный преобразователь реактивного тока
Ill

Продолжение табл. 3.2
I [	Применение	Для быстрей компенсации сим- метричных потребителей. По- строение из традиционных функ- циональных узлов !	Для компенсации симметрич- ных и несимметричных потреби- телей i
Принцип работы	Компенсация максимальней ре- активной мощности с помощью кон- денсаторов или отсасывающих кон- туров; генерация добавочной ин- дуктивной мощности через инвер- тор, ведомый сетью	Компенсация максимальней реак- тивной мощности с помощью кон- денсаторов или отсасывающих кон- туров; генерация добавочной ин- дуктивной мощности через управ- ляемый дроссель •
Схема	<OjCD0	• ’ -& г-	-4 ~в/НН -Ын 	
Наименование	|	I I Индуктивный преобразова- I тель реактивного тока	Индуктивность, управляемая тиристорным коммутатором
112

среднюю мощность, удается снизить потери мощности до 4—
8 Вт на 1 кВ-А. Преобразователь реактивной мощности соот-
ветствует независимому инвертору (см. п. 3.7.2), работающему
на конденсатор в промежуточном контуре постоянного тока.
Он рассчитан на постоянную частоту 50 Гц. Регулирование ре-
активной мощности осуществляется путем изменения угла уп-
равления вентилями инвертора. Надежность схемы достаточно
высока. Схемы виг работают с традиционными элементами.
В схеме в применяется нормальный инвертор, ведомый сетью,
работающий при коротком замыкании на индуктивность. Уп-
равление реактивной мощностью происходит посредством не-
больших изменений угла открытия вентилей относительно
а = 90°. Аналогично функционирует схема г, в которой индук-
тивность играет роль потребителя реактивной мощности, уп-
равляемого через преобразователь или по принципу магнитного
усилителя. В обоих случаях компенсация максимальной реак-
тивной мощности привода должна осуществляться с помощью
конденсаторов. Регулирование общего баланса реактивной мощ-
ности происходит с помощью управления индуктивной частью
добавочного преобразователя, т. е. управляемой индуктивности.
Потери мощности составляют 6—18 Вт на 1 кВ-А.
3.3.	РЕВЕРСИВНЫЕ ВЕНТИЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ
3.3.1.	Принципы построения реверсивных схем. Работа ре-
версивной схемы для питания по якорю или возбуждению (см.
табл. 2.6) определяется взаимодействием преобразователей.
Для пояснения принципа работы рассмотрим трехфазную нуле-
вую схему, показанную на рис. 3.28.
Для обозначенных напряжений действительны выражения:
для двигателя UM = kM<T>MQM;	(3-52)
для преобразователя I (Л = [/docosa^	(3.53)
для преобразователя II U2—Ud0cosa,n.	(3.54)
Если управление преобразователем осуществлять по закону
ai + ап = я,	(3.55)
то всегда будет
Ux=—U2.	(3.56)
Переход тока от преобразователя I к преобразователю II
происходит в соответствии с требуемым направлением, регули-
ровочные характеристики проходят бесступенчато в четырех
квадрантах. Тормозной режим из рабочей точки А обеспечи-
вается в соответствии с выражением (3.55) при ai2>an. Про-
цесс реверсирования из точки Р/ происходит при ai>90°.
Если преобразователи управляются так, что at + an>n, то
в характеристике П=/(Л1) образуется ступень при переходе от
рабочей зоны одного преобразователя к зоне другого.
113

3.3.2.	Расчет уравнительного тока. Если сопоставить напря-
жения Ui(t) и U2(t) для ai + <z2 = n; (рис. 3.29), то видно, что,
хотя сумма средних значений напряжений равна нулю, сумма
мгновенных напряжений отлична от нуля. Для Ui + U2 получа-
ется зависимое от угла управления переменное напряжение,
показанное на рисунке для двух характерных случаев. По-
скольку в уравнительном контуре находятся вентили, то ток
имеет пульсирующий характер.
Уравнительный ток ограничивается индуктивностями LKl и
Lk2- Кроме того, он зависит от индуктивности LM якорной цепи.
Для расчета статического уравнительного тока служит диа-
грамма (рис. 3.30), построенная для граничных случаев LM-+oo
и Адг-^0 при частоте сети /Д = 50 Гц. Среднее значение уравни-
тельного тока 1кг получается из представленного нормирован-
ного значения 1^г по формуле
г ~f*	Udo
—7— >
LK
где Ud.o — идеальное выходное напряжение преобразователя;
Ек = Ек1 + ЕХ2 — суммарная индуктивность уравнительного кон-
тура.
В мостовых схемах имеются два контурных тока (см. трех-
фазную мостовую схему на рис. 3.31), для ограничения кото-
рых необходимо включать соответствующие индуктивности
в обе ветви уравнительного контура. Выбор параметров урав-
нительных дросселей, при котором статический уравнительный
114

Рис. 3.29. Изменение напряжений
во встречно-параллельной схеме
и\ — напряжение преобразователя I;
Ui — напряжение преобразователя II;
«1+^2 — суммарное напряжение в урав-
нительном контуре; уравнитель-
ный ток; (щ—Uz)!2 — напряжение на
нагрузке
ток в самом неблагоприят-
ном случае не превышал бы
установленного значения
(например, 0,1 Ду), приводит
к слишком большим габари-
там дросселей, в особенно-
сти для двух- и трехпульс-
ных схем. При этом необхо-
димы специальные меры.
При несимметричном уп-
равлении, когда
«! + «![= 180° +х; х>0,
(3.57)
можно существенно снизить
габариты дросселей. Рис.
3.32 иллюстрирует снижение
максимального уравнитель-
ного тока в двухпульсной
схеме.
При Х = Хтах=120° ДО-
стигается минимум уравни-
тельного тока. Инвертирующий преобразователь работает при
этом в максимально зарегулированном режиме. Несимметрич-
ное управление в соответствии с равенством (3.57) приводи!
к образованию ступени нагрузочной характеристики Q = f(M)
при переходе от рабочей зоны одного преобразователя к рабо-
чей зоне другого. Кроме того, возникает бестоковая пауза, про-
должительность которой зависит от параметров контура тока
[3.35], что обусловливает соответствующее увеличение времени
реверса тока и угловой скорости двигателя.
Более благоприятные динамические свойства имеют ревер-
сивные схемы, управляемые в окрестности нулевого тока
в соответствии с выражением (3.55), а при больших токах обес-
печивающие перевод инвертирующего преобразователя в заре-
гулированный режим, когда ап =150° (см. п. 5.1.2). Уравнитель-
ные дроссели выбираются в соответствии с рис. 3.30 для а = 30°
(соответственно 150°), поскольку для других углов управления
уравнительный ток будет меньше.
При быстрых изменениях угла управления, кроме статиче-
ского уравнительного тока (см. рис. 3.30), возникает динамиче-
115

6
Рис. 3.30. Относительный уравнительный ток 1 дляа1 + «1Г= л
1 — двухфазная нулевая схема; L^=Q',	2— то же; = °0’ 3 — двухфаз-
ная мостовая схема; сю; 4 — трехфазная нулевая схема; L^~6-,	^”то
же; £д|—оо; 6 — трехфазная мостовая схема; 7 — трехфазная перекрестная нулевая схема,
питаемая от отдельных вторичных обмоток трансформатора; £д|=сю; 8 — шестифазная
нулевая схема, питаемая от отдельных вторичных обмоток трансформатора; L = оо
ский уравнительный ток (см. гл. 4), обусловленный несиммет-
рией поведения вентильного преобразователя.
Если инвертирующий преобразователь будет закрыт путем
снятия управляющих импульсов, то уравнительного тока
вообще не будет. При этом получается реверсивный преобра-
зователь с раздельным управлением группами (см. гл. 5). Та-
кие преобразователи имеют бестоковую паузу 1—5 мс.
3.3.3.	Проектирование уравнительных реакторов и сглажи-
вающих дросселей [3.36, 3.37]. Имеется определенная взаимо-
связь между выбором параметров уравнительных и сглаживаю-
щих дросселей в смысле оптимального проектного решения.
Дроссели с железным сердечником могут быть выбраны по их
типовой мощности. Под типовой мощностью понимается мощ-
116

ABC
Рис. 3.31. Реверсивный электропривод
с трехфазным мостовым преобразователем
Рис. 3.32. Снижение макси-
мального значения уравнитель-
ного тока для х>0
ность, которую передал бы трансформатор с соответствующим
сердечником.
Для сглаживающих дросселей с воздушным зазором, имею-
щих относительно малую переменную индукцию в рабочей
точке, типовую мощность Рт в вольт-амперах можно выразить
в виде
Р у = O,llBmaxZ giZ siL,	(3.58)
где Bmax — максимальная индукция в железе, В-с/м2; Igl — ток,
на который рассчитана обмотка в длительном режиме, A; —
типовой ток, A; L — индуктивность в типовой рабочей точке,
мГн.
При максимальной индукции для железа 1,5 В-с/м2 полу-
чится
Рт— “—
(3.59)
где fcv=50 Гц.
Уравнительные дроссели, у которых среднее и максимальное
значения тока существенно различны, целесообразно рассчиты-
вать по временной площади кривой напряжения f ud& и дли-
тельно допустимому току:
Рт=—(3.60)
2-\/2
Соответствующие площади напряжения приведены
в табл. 3.3 и 3.4, где введены обозначения: t/2—действующее
значение фазного напряжения питающей сети; Udio— напряже-
117

Таблица 3.3. Площадь напряжения при LKJLM < 1
(сглаживающий дроссель включен в цепь якоря двигателя) [3.36]
118

ние идеального холостого хода преобразователя. Из таблиц
видно, что при несимметричном управлении («2=150°) целесо-
образно применять специальный сглаживающий дроссель LM,
хотя его назначение в принципе могли бы выполнить и соответ-
ственно выбранные уравнительные реакторы.
После выбора сердечника соответственно типовой мощности
по (3.60) могут быть определены число витков w и поперечное
сечение проводников <?си по формулам:
w =-----!---( М; qr = I JJn (3.61; 3.62)
COB	J	Cti <?1 °
max4 Fe
где и = 2п/№314 c-1; Jo — допустимая плотность тока.
Выбранный таким образом уравнительный дроссель воспри-
нимает уравнительное напряжение. При малом воздушном за-
зоре уравнительный ток будет незначительным, однако объект
регулирования в целом оказывается нелинейным вследствие пе-
ременной индуктивности. При большом зазоре объект будет ли-
нейным, но ток станет соответственно больше. При применении
беспазовых дросселей уравнительный ток будет равен току на-
магничивания. Если дроссель LKi (см. рис. 3.28) оказывается
насыщенным за счет тока двигателя, то индуктивность другого
дросселя Lk2 должна быть выбрана так, чтобы дроссель мог
полностью воспринять уравнительное напряжение.
3.3.4.	Нагрузка вентилей и выбор схемы включения. Особен-
ности нагрузки вентилей в реверсивных схемах обусловлены
взаимодействием двух встречно-параллельных преобразовате-
лей. При противопараллельном включении двух вентилей (на-
пример, 1 и Г на рис. 3.31) происходит отрицательный скачок
напряжения в конце периода проводимости тока одного вентиля
и соответствующий положительный скачок напряжения на дру-
гом вентиле, что может привести к непредвиденному открытию
последнего. В цепи противопараллельных вентилей со стороны
переменного тока должны быть включены разделяющие дрос-
сели. Их параметры выбираются таким образом, чтобы совме-
стно с 7?С-цепочками, шунтирующими вентили, предотвратить
недопустимые скорости нарастания напряжения. Наибольший
скачок напряжения наблюдается в трехфазной мостовой схеме
при угле управления а = 90°:
\U=^T^3 UN,	(3.63)
где Uy — действующее значение фазного напряжения.
Максимальная скорость нарастания напряжения на венти-
лях в противопараллельных трехфазных мостовых схемах будет
+ 1,33-^-Л
)	=---------------(3.64)
V dt /max 6^! + 0;67_Li_)
119

где — сопротивление вентилей; La —анодная индуктивность
одной ветви; LK — индуктивность уравнительных дросселей од-
ной ветви, причем Ljc==Lkh + Lk21==^'K22 4”^'K12 (см. рис. 3.31).
При Ljf=0 получается наибольшая скорость нарастания на-
пряжения
/	\	_ ^2	U ftRy	/д gg.
\ dt /max	Збд
При LK= оо будет [3.34]	__ _
du- _ ~У2 -\^3 U nR0	/д gg\
dt	&LA '	У '
Анодная индуктивность LA образуется либо за счет индук-
тивности рассеяния трансформаторов, либо благодаря специ-
ально подключенным токоограничивающим реакторам. При по-
тере запирающих свойств одного из вентилей возникает урав-
нительный ток, нагружающий также и смежный работающий
преобразователь (см. рис. 3.31). Уравнительные дроссели огра-
ничивают скорость нарастания тока и облегчают селективное
отключение поврежденной части установки с помощью быстро-
действующих выключателей (см. п. 4.2.4). Поэтому может ока-
заться полезным применение уравнительных реакторов и в схе-
мах с раздельным управлением.
Выбор схем реверсивных преобразователей для электропри-
вода обусловливается затратами на трансформаторы, уравни-
тельные и токоограничивающие реакторы, нагрузкой сети выс-
шими гармониками и реактивной мощностью, возможностями
селективной защиты, а также динамическими свойствами схем,
в особенности в окрестности нулевого тока.
Стандартной является трехфазная мостовая схема согласно-
встречного включения (см. рис. 3.31) с раздельным управле-
нием [3.38, 3.39]. При мощностях Р>500 кВт необходимо под-
ключение ее к сети через трансформатор. В случае применения
специальных трансформаторов можно без существенных допол-
нительных затрат питать преобразователи I и II от отдельных
вторичных обмоток. При этом исключаются специальные токо-
ограничивающие реакторы. Поскольку уравнительный ток в со-
ответствии с характеристикой 8 (см. рис. 3.30) достаточно мал,
то можно использовать несимметричное управление, имеющее
определенные преимущества в отношении динамики и помехо-
устойчивости [3.40]. Для быстродействующих электроприводов
малой мощности, например следящих приводов, целесообразно
применять такое управление. Помимо бестрансформаторных
трехфазных мостовых схем (характеристика 6 на рис. 3.30),
находят применение для Р<10 кВт трехфазные нулевые схемы
с трансформаторами (характеристика 4 на рис. 3.30) или двух-
фазные схемы.
При больших мощностях используются в ряде случаев
схемы с реверсом поля (см. табл. 2.6) [3.41, 3.42].
120

3.4.	ИМПУЛЬСНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ДВИГАТЕЛЯМИ
ПОСТОЯННОГО ТОКА
3.4.1.	Принцип импульсного управления. Путем периодического подклю-
чения и отключения электродвигателя постоянного тока можно регулировать
его частоту вращения в пределах от нулевого до номинального значения.
Рис. 3.33 иллюстрирует принцип управления. Коммутатор Z периодически
подключает источник постоянного напряжения Ui к якорю двигателя.
В цепи двигателя находится дроссель Lg, индуктивность которого соответ-
ствует индуктивности якоря, а в случае применения двигателя последова-
тельного возбуждения — индуктивности всей якорной цепи. К цепи двига-
тель— дроссель приложено напряжение U2 (рис. 3.33,6). Соотношение
между длительностью включения источника напряжения Те и периодом ком-
мутации Т задается коммутатором. Напряжение U2 формирует ток якоря
двигателя. Во время включения Те ток увеличивается по экспоненте с по-
стоянной времени
та = Lgl(Rg + RB),	(3.67)
где Lg, Rg — суммарные индуктивность и сопротивление двигателя и дрос-
селя; Rb—внутреннее сопротивление источника напряжения, включая со-
противление коммутатора.
Во время отключения Та ток протекает через шунтирующий диод вслед-
ствие накопления в дросселе энергии. Он убывает с постоянной времени
(рис. 3.33, в)
T0=Lg/Rg.	(3.68)
Решающее значение для работы схемы имеет индуктивность Lg. Она
обеспечивает незначительные колебания тока двигателя 1м относительно
среднего значения 1м, хотя напряжение изменяется между пулевым и номи-
нальным значениями. Момент двигателя имеет при этом незначительную
пульсацию. Для среднего момента действительно выражение
Л4 = м-	(3.69)
Ток iM берется от источника напряжения только во время включения
Те, во время паузы Та ои течет через шунтирующий контур. Между сред-
ними значениями токов источника и двигателя существует зависимость
_	_ т _
h =	1м“-	(3.70)
В течение роста (или спада) тока двигателя дроссель Lg запасает (или
напряжения определяется фор-
отдает) энергию, причем площадь кривой
мулой
J UBdt = Lg(Imax — ^min)’ (3-71)
T'
Благодаря этому напряжение на дви-
гателе UM оказывается практически по-
стоянным, несмотря на сильную пульсацию
Яд-
Рис. 3.33. Принцип импульсного управления: а — схема; б — выходное на-
пряжение; в—ток двигателя
121

напряжения Uz. При этом справедливо уравнение
77 м—-f- I MRg-	(3.72)
Из-за достаточной стабильности момента и механической инерционности
двигателя его частота вращения оказывается постоянной. Дроссель Lg дей-
ствует как накопитель энергии, определяемой по площади 'кривой напряже-
ния, хотя он не может ни генерировать эту энергию, ни потреблять ее. По-
этому справедливо равенство
Uz=UM,	(3.73)
и иа основании принципа работы коммутатора
П2=	(3.74)
Отсюда следует, что частоту вращения двигателя можно регулировать путем
измеиеиия скважности коммутатора. Независимо от скважности мощность,
подведенная к двигателю, равна мощности, отданной источником напряже-
ния. Управление частотой вращения двигателя происходит в принципе без
потерь. Одиако в действительности в двигателе возникают повышенные по-
тери, обусловленные колебаниями тока относительно среднего значения.
В коммутаторе также имеются некоторые потери. В качестве коммутаторов
используют тиристорные или транзисторные ключи с изменяемой скваж-
ностью
и = Те!Т,	(3.75)
выполняющие функции широтно-импульсиых преобразователей (ШИП) по-
стоянного тока. Важнейшими параметрами ШИП являются рабочая частота
f? = \IT, индуктивность контура Lg, величина колебаний тока 1м = 1м так—
—7м mln.
Для исследования взаимосвязи между этими параметрами рассмотрим
динамические процессы. С целью упрощения пренебрежем внутренними со-
противлениями источника напряжения и коммутатора. Постоянная времени
tt> = Lg/Rg определяет изменение тока как в период включения Те, так и
в процессе отключения Та. Прн анализе этих процессов напряжение иа дви-
гателе Uм считается неизменным. Для процесса включения действительно
уравнение
U±—Uм = ieRg “Ь Lg & ;	*г(/=о) = min,	(3.76)
поскольку включение начинается при / = 0 с минимального значения тока
1м min (рис. 3.34). В период отключения справедливо уравнение
— Um = laRg “Ь Lg —— ;	ia(t=o) — IМ max,	(3.77)
at
так как процесс отключения начинается с максимального значения тока
7 м max. После преобразований получим
7м max ~ 7м min = ~~~~	~	(1 ~ е~Га/т°)•	(3.78)
Rg (1-е-Гт°)
Уравнение (3.78) отражает искомую взаимосвязь между параметрами
ШИП. Поскольку величина колебаний тока должна быть достаточно малой
122

Рис. 3.34. Изменение
тока двигателя при ра-
боте от ШИП
Рис. 3.35. Входной
фильтр ШИП при
питании от сети
(обычно 10 % номинального значения тока /и), то выбирают Т/то<1. Тогда
уравнение (3.78) можно упростить и получить
г	г ______ U1 ТеТа   .
1М max ' М min —--------------— М >
Д/л1 =	= ~ГГ~ и (1 - и )•	(3.79)
bg	1	Lgjp
Отсюда непосредствеиио видна взаимосвязь между шириной колебаний тока,
рабочей частотой и иидуктивиостью контура. Ширина колебаний тока зави-
сит от относительной продолжительности включения TefT, т. е. от скваж-
ности й. Наибольшая ширина колебаний получается при й=0,5.
Для приемлемой технической реализации индуктивности Lg необходимо
выбрать рабочую частоту в диапазоне fp = 100.. .2000 Гц.
3.4.2.	Выбор и расчет параметров широтио-импульсиых преобразовате-
лей [3.43—3.56]. В зависимости от области применения питание ШИП воз-
можно от батареи, сети постоянного тока, а у тяговых электроприводов от
контактной сети. При питании от батареи трудностей не возникает; при пи-
тании от сети, содержащей индуктивные элементы, необходимо подключать
ШИП (или группу ШИП) через LC-фильтр (рис. 3.35). Этот фильтр необ-
ходим для обеспечения достаточно высоких скоростей иарастаиия тока
в процессе коммутации и предотвращения в то же время недопустимых ко-
лебаний входного напряжения СЛ преобразователя. При определении пара-
метров фильтра исходят из нагрузки в виде прямоугольных импульсов тока,
амплитуда которых соответствует среднему значению тока двигателя [3.43].
Следует также задаться допустимой величиной колебаний напряжения кон-
денсатора ДПС = ДП1. Во избежание появления колебательных процессов не-
обходимо выбрать резонансную частоту фильтра ff с учетом индуктивности
сети Ln таким образом, чтобы оиа была достаточно малой относительно
низшей рабочей частоты fp min ШИП, т. е.
fp min > (2 . . .3) ff.	(3.80)
У электроприводов подвижного состава индуктивность питающей сети
зависит от положения локомотива относительно точки подачи питания. ГС-
фильтр подавляет сетевые перенапряжения и высокочастотные помехи.
В быстродействующих системах могут возникать проблемы стабилизации
процессов регулирования тока двигателей [3.44—3.46].
К ШИП для электроприводов предъявляются следующие требования:
1.	ШИП должен надежно функционировать в широких пределах вход-
ного напряжения и тока нагрузки; особое значение имеет высокая перегру-
зочная способность.
123

2.	Рабочая частота должна быть достаточно высокой. Это позволит ис-
ключить влияние на смежные потребители и входной фильтр, а также иметь
дешевые сглаживающие устройства. Для тяговых электроприводов необхо-
димо обеспечить постоянство рабочей частоты.
3.	При значительных диапазонах регулирования необходимо обеспечить
малую длительность импульса.
4.	Поскольку тяговые электродвигатели работают в напряженных режи-
мах, то необходимо исключить их дополнительную нагрузку коммутацион-
ными перенапряжениями.
5.	Дополнительная нагрузка элементов ШИП коммутационными про-
цессами должна быть по возможности малой, так как нормальная нагрузка
с учетом переходных процессов в сети достаточно велика.
6.	Должны применяться наиболее простые, надежные и дешевые схемы.
Практическое применение получили ШИП с емкостной коммутацией,
преимущественно с включением конденсатора С к параллельно главному ти-
ристору. В табл. 3.5 приведена сравнительная характеристика трех схем со
вспомогательным тиристором. Коммутация входного напряжения во всех
случаях происходит следующим образом:
коммутация тока нагрузки с главного тиристора VS1 на вспомогатель-
ный контур с заряженным конденсатором С к',
коммутация тока со вспомогательного контура на диод V3;
коммутация тока с диода V3 на главный тиристор VS1.
Благодаря диодам, включенным встречно-параллельно по отношению
к главным тиристорам, схемы бив пригодны для работы с большой и ма-
лой нагрузкой соответственно. С помощью дросселей Lv достигается огра-
ничение нарастания тока н соответствующее запирающее напряжение во
время задержки. Путем перегруппировки элементов удается получить
в схеме в по сравнению со схемой б пропорциональный току заряд конден-
сатора С к и тем самым обеспечить хорошую коммутацию при повышенном
токе. Следовательно, эта схема особенно рациональна для электроприводов.
На рис. 3.36 представлены схемы с несколькими вспомогательными тири-
сторами:
схема с двумя вспомогательными тиристорами (рис. 3.36, в). Процессы
гашения и перезаряда могут происходить в любые моменты времени. При
соответствующей форсировке минимальная длительность импульса может
быть снижена до значения времени перезаряда конденсатора;
схема с тремя вспомогательными тиристорами (рис. 3.36,6). Процессы
Рис. 3.36. ШИП с несколькими вспомо-
гательными тиристорами: а — схема
с двумя вспомогательными тиристорами;
б — схема с тремя вспомогательными
тиристорами; в — схема противовключе-
ния; г — двухтактная схема для двух
двигателей
124

Таблица 3.5. Схемы ШИП для электроприводов
125

Таблица 3.6. Процессы изменения тока и напряжения конденсатора
Временной интервал	Контур тока	Уравнения
/1 t Заряд конденсатора	VS2 — Сц — Lk	“С (0 = Uo COS W^t ic(t)= -Uo / с V Ьк X sin со/<^ 1 сок= —	- Vclk
4 t ta Коммутация тока дви- гателя с тиристора VS1 на VS2	VS1 — V1 — — Ck — Lk	«С (0 = — t/0cos / С iс (0 г: : t/0 **4 j 	sin оз х^ V Lx
^3	^5 Разряд конденсатора при гашении тиристора VS1	Vl — V2 — Lv — — СК	„XX	X X *	х	\ II	X	й + <-	I л	о I 51 >	X	1 Т5 <- м ' о О - 4~ С> /'Т'4 у	>?« '	II —•	8 г-	с: > . г-	°	о sc: “ е	\	z °	ч	✓ с +	х •	-•	« X и	и = t~>	о	„. Г"	И	Х '|-,Л г	хе*	е х ~	X * 4~ X	х
t& t sc te Заряд конденсатора от входного напряжения	1 1 1 1 . г- Со X	ис (0 = «с (<з) +	1 ic (0 = <м
^6	t? Коммутация тока дви- гателя с гасящего конту- ра на шунтирующий диод	Lv — Ск ~ ^-К — — VI—V3	мс (0 ~ Uq + м t / Lx + Lv .	* , ХА/ —L—— sin co^Z V с	к ‘с (0= IM cos W*Kf
126

гашения, перезаряда и дозаряда могут начинаться в любое время благодаря
тиристорам VS1—VS3. Минимальная длительность импульса соответствует
времени перезаряда конденсатора;
противотактные схемы (рис. 3.36, в и г). Преимущество этих схем со-
стоит в том, что оба перезаряда конденсатора используются для гашения.
Следовательно, конденсатор работает лишь с половинной рабочей частотой.
Эти схемы в особенности подходят для высоких частот. Большой диапазон
регулирования может быть достигнут и в менее сложных схемах, если на
выходе ШИП включить тиристор для управления выходным напряжением.
При расчете параметров ШИП исходят из анализа процессов, происхо-
дящих в схеме. В качестве примера рассмотрим распространенную схему в
в табл. 3.5 [3.49]. В табл. 3.6 приведены данные об изменении тока кон-
денсатора и напряжения. На рис. 3.37 показаны переходные процессы изме-
нения токов и напряжений в идеальной схеме. Коммутационный процесс на-
чинается в момент времени ti при открытии вспомогательного тиристора
VS2. На интервале t2—ts закрывается главный тиристор VS1. Интервал
/з'—^4 соответствует времени задержки главного тиристора.
Схема с диодом V4. На основании уравнений табл. 3.6 можно получить
для схемы с диодом V4 следующие соотношения.
Время задержки
Th = -у/С (Ly + LK) arctg д/(---------------------------(3-81)
V \ Iм / “Ь Ly “Ь Ly
Максимальное изменение тока во вспомогательном тиристоре VS2
div s?/dt = UqILk-	(3.82)
Максимальный ток в тиристоре VS2
Ivs? = U^CILr-	(3.83)
Запирающее напряжение главного тиристора VS1
Uvst = ий----А /1 _	.	(3.84)
Ак + Ly V \ Uо J С
Минимально возможная длительность импульса
Т’е min —	" |------ — л 'V CL к -|- Л л/С (Ьц -|~ Ly)- (3.85)
“к “к
Амплитуда положительного скачка напряжения в идеальной схеме
At/ VS1 — Г/ о 1 —
Ly
Lk + Ly
(3.86)
При расчете параметров используются следующие величины: Uo min,
Г/о max — наименьшее и наибольшее напряжения, при которых ток должен
быть погашен; /м max — наибольшее мгновенное значение гасимого тока.
Трудности при выборе параметров коммутирующих устройств обуслов-
лены значительным диапазоном изменения напряжения контактной сети.
Гасящее устройство должно быть рассчитано так, чтобы требуемое время за-
держки 1,257/ (Tf — время работы) гарантировалось при минимальном
напряжении Г/omin и максимальном пусковом токе /м тах.
127

ражений (3.81), (3.83) и (3.84)
тирующей индуктивности:
Рис. 3.37. Качественные процессы измене-
ния токов и напряжений в идеальной
схеме
При максимальном напряжении Uo max
это приводит к большим токам в комму-
тационных контурах и к большим значе-
ниям du/dt и di/dt тиристоров. Для полу-
чения большого диапазона регулирования
скважности следует применять высокоди-
намичные вентили. При определении ком-
мутирующей емкости С и индуктивностей
LK и Lv необходимо выполнение следую-
щих условий:
минимальное время задержки Th min~
«1,257V,;
наибольшее мгновенное значение тока
1VS2=KIm max',
наименьшее запирающее напряжение
главного тиристора U vsi min-
Если заданы наиболее неблагоприят-
ные значения тока и напряжения и вы-
бран коэффициент К, то на основании вы-
получим уравнение для определения комму-
т	1 ( Aomin'S . А	VSI min
= /лтш—-------------1 А/ 1 —г--------А у_2 Х
К k^Afmaxz V t/omin'V^ К
X Гarctg А /(№ - 1) fl-------t7'/S/min ...._ "|1 .	(3.87)
L v v	и0 mm V i -- к-2 J J
Коммутирующая емкость будет 
С=Ькл --^-Mmax  •	(3.88)
V ^omax
Индуктивность Lv может быть определена по формуле*
Lv =----------------.	(3.89)
^Omin л / J____ М тах^К _____
Uvsi min V Uo тахС
В заключение проверяются максимальные значения dijdt [см. (3.82)] и
dujdt.
Схема без диода V4. В схеме с зависимым от тока перезарядом конден-
сатор заряжается на величину АС/с больше по сравнению с входным напря-
жением, причем
=	.	(3.90)
Далее можно определить:
время задержки
Th = V С (Ь/<+ Ту) X
X arctg
С
Lk + lv
^}л/.....С-..-+ Ly— ;
(3.91)
128

максимальный рост тока во вспомогательном тиристоре
dtvs2 = Up . 1м / Lk + Lv .	(з,92)
dt	LK у LK
максимальный ток вспомогательного тиристора
IVS2 = t/o А/-^ + /м А / -Kr+L-^;	(3.93)
V	V Ьк
минимальное запирающее напряжение на главном тиристоре (при холо-
стом ходе)
U vsi ~
Ly
Lk+ Lv
При прежнем задании исходных величин получаем
&___ U VSI min
и Omin	+ L-V
(3.94)
(3.95)
__ IyS2 _____ и о max / С ।	/ Lj^ -|~	.	(3.96)
t М max IМ max V t-K. V
Из выражений (3.95) и (3.96) следует
6 = С/Мтах(^л/а - I)2 .	(3 97)
Ll/^0 max 0 ~
На основании уравнений (3.97) и (3.91) можно записать уравнение для
емкости конденсатора в виде
-------------------------------------------------------------—-------—1
^т1п.уаЬ + 2< t/omin-^A/afe -|-а
IМ max /	\ t м max /
T’hminV»6 arctg
С =
(3.98)
Затем из выражения (3.97) определяем Lv, а из (3.95)—LK. Далее
проверяем допустимость значения dildt.
Рис. 3.39. Реверсивный транзистор-
ный ШИП
Рнс. 3.38. Реверсивный ШИП с ин-
дивидуальным гашением
5 Заказ Яе 1446
129

Рис. 3.40. Интегральный ключевой транзистор
Дарлингтона (внутренняя схема)
V2 — защитный шунтирующий диод
Практика показывает, что обратные токи
вентилей также влияют на работу схемы. Схема
без диода V4 работает обычно достаточно ста-
бильно.
3.4.3. Реверсивные схемы и схемы торможе-
ния [3.57—3.59]. «Четырехквадрантный» электро-
привод реализуется с помощью двигателя независимого возбуждения и ревер-
сивного ШИП (рис. 3.38). В зависимости от требуемого направления тока
работают тиристоры VS1 и VS4 или VS2 и VS3. Шунтирующие диоды VI—
V4 обеспечивают рекуперацию энергии в сеть.
Несмотря на построение схемы с экономичными коммутирующими дрос-
селями и конденсаторами, при рабочих частотах порядка нескольких сотен
герц имеют место коммутационные потери, близкие к номинальным. С целью
снижения затрат на элементы и потерь разработаны различные специальные
схемы, в частности с противотактным гашением, использующие только че-
тыре тиристора, поскольку силовые тиристоры берут на себя функцию вспо-
могательного тиристора для последовательно или параллельно включенного
главного тиристора.
Высокодинамичные «четырехквадраитные» следящие электроприводы ма-
лой мощности (Р<10 кВт) целесообразно строить с транзисторными ШИП
(рис. 3.39) [3.58]. ШИП работают обычно на частотах 1—2 кГц, что позво-
ляет снизить габариты дросселей в якорной цепи при небольших колебаниях
тока Д1. Чтобы избежать перенапряжения на транзисторах, должны приме-
няться быстродействующие диоды. В качестве силовых транзисторов исполь-
зуются интегральные схемы Дарлингтона (рис. 3.40).
Схемы торможения для тяговых электроприводов выполняются обычно
на «одноквадрантных» ШИП [3.59]. Переключение с двигательного на гене-
раторный режим осуществляется с помощью коммутационной аппаратуры
в бестоковом состоянии. Для указанных приводов применяются электродви-
гатели последовательного возбуждения; при этом обмотка возбуждения ча-
стично или полностью выполняет функции якорной индуктивности Lg.
Рис. 3.41 иллюстрирует перегруппировку функциональных узлов при пере-
ходе от двигательного режима к тормозному. Так как машина имеет само-
возбуждение, то должны выполняться два условия:
полярность якорной обмотки или обмотки возбуждения должна быть
изменена;
начальное значение ЭДС должно быть больше значения падения напря-
жения под щетками и в вентилях.
Второе условие часто требует принятия дополнительных мер:
подключения тормозного сопротивления параллельно якорю или обмотке
возбуждения;
создания начального возбуждения с помощью вспомогательной обмотки.
Рис. 3.41. Перегруппировка функциональных узлов ШИП при переходе
в тормозной режим: а — двигательный режим; б — динамическое торможе-
ние с самовозбуждением; в — противотоковое торможение с самовозбужде-
нием
130

Рис. 3.42. Пример выпол-
нения реверсивной схемы
с «одноквадрантным» ШИП
Движение вперед: Q/ Q2 Q4 Q5
Q3 Q6; торможение вперед: Q1
Q2 Q4 Q5 Q3 Q6-, движение на-
зад QI Q2 Q4 Q5 Q3 Q6; тормо-
жеине назад QI Q2 Q4 Q5 Q3 Q6
На рис. 3.41, б приведена схема динамического торможения с самовоз-
буждением. Тормозное сопротивление определяется по формуле
RB = (1 - и) RB, 0<R*B<RB.	(3.99)
В соответствии с уравнением
U = IbRb	(3-100)
получается значительное перенапряжение, так как сопротивление Rb выби-
рается высокоомным.
Торможение возможно до нулевой частоты вращения. Применение схемы
целесообразно, если на верхних частотах вращения осуществляется ослабле-
ние поля.
На рис. 3.41, в представлена соответствующая схема противотокового
торможения. Она может работать стабильно с сетью напряжением U-{, если
выполняется условие
Uм < Un + iMRg.
где Re — суммарное сопротивление контура.
В верхней части диапазона регулирования частоты вращения необходимо
увеличение Rg. Благоприятным является ослабление поля машины с помощью
шунтирующего диода, чтобы всегда выполнялось условие Um<Un-
На рис. 3.42 показан пример выполнения схемы. В двигательном режиме
диод V4 закрыт. В тормозном режиме он проводит ток в том случае, если
Um>Un, что обусловливает необходимое ослабление потока обмотки EF.
Вспомогательная обмотка CD создает начальное возбуждение в тормозном
режиме.
3.5. КАСКАДНЫЕ СХЕМЫ
Каскадными электроприводами называются схемы, в которых частота
вращения асинхронного двигателя в над- и подсинхронном диапазоне изме-
няется благодаря введению в цепь ротора добавочного напряжения (рис. 3.43).
Это напряжение может управляться по модулю и фазе. В классических схе-
мах оно генерировалось вращающимися машинами, в настоящее время для
этого используются вентильные преобразователи. Энергия, потребная для
управления частотой вращения, поставляется сетью (надсинхронный режим)
или отдается в сеть (подсинхронный режим). Вентильное устройство рассчи-
тывается на максимальный ток и напряжение, имеющие место при макси-
мальном рабочем скольжении. Относительно малая мощность вентильной
установки получается в том случае, если диапазон регулирования частоты
вращения невелик. Для пуска двигателя необходимо добавочное устройство.
Каскадные схемы экономически выгодны для достаточно больших мощностей
(Р>200 кВт) и ограниченных диапазонов регулирования частоты вращения.
3.5.1. Управление частотой вращения двигателя с помощью добавочного
напряжения в цепи ротора [3.60—3.62]. В соответствии с упрощенной схемой
замещения (рис. 3.44, а) и при пренебрежении активным сопротивлением
5*	131

Рис. 3.43. Принцип ра-
боты каскадной схемы
Рис. 3.44. Схема замещения (а) и вектор-
. ная диаграмма (б) асинхронной машины
с добавочным напряжением ротора
статора Rs можно записать уравнение напряжений асинхронной машины
в следующем виде:
(3.101)
где U„ Ui — напряжения статора и ротора; Ц—ток ротора; S — скольжение;
kB = XhIXs — статорный коэффициент; Xa=X<ss+Xai—суммарное индуктив-
ное сопротивление рассеяния, измеренное со стороны ротора; R\ — активное
сопротивление роторной цепи.
Последующие выкладки относятся к идеальному источнику добавочного
напряжения ротора. Внутренние активное и индуктивное сопротивления
источника напряжения могут быть отнесены к внутреннему сопротивлению
асинхронной машины. При анализе целесообразно перейти к относительным
значениям амплитуды и фазы добавочного напряжения:
С/, = ksUsue/a,
(3.102)
где й, а — модуль и фаза добавочного напряжения, отнесенные к приведен-
ному напряжению статора ksUs.
При этом предполагается, что положение оси обмотки ротора относи-
тельно осн обмотки статора при t — 0 не влияет на соотношение между при-
веденными статорным и добавочным напряжениями. Это предположение спра-
ведливо, поскольку частотный преобразователь добавочного напряжения, как
правило, управляется по оси ротора. Векторная диаграмма асинхронной ма-
шины с добавочным напряжением в роторе изображена на рис. 3.44, б. Ток
ротора будет
ksUs
(RJSy + X*
— 1
RJS+jXa
(3.103)
* Приведенные величины являются векторами. Уравнение действительно
для одной фазы асинхронной машины, Роторные реличрпы могут быть при-
ведены к цепи статора,
132

Вращающий момент рассчитывается, как у обычной асинхронной ма-
шины, на основании электромагнитной мощности в зазоре
Af &Q — Рб — tn ( ksU5)
(3.104)
где hv> — составляющая тока ротора, направленная по (—ksUs).
С учетом
Ли, —
, ,,	Ri	{ и	,	1	,	v и •
ksUs------I — cos а — 1	I	-f-	Ла — sin	а
S	\ S_____________7_______S
(R,/S)2 + x2
(3.105)
имеем
, и	и .
1------cos а-------sin а
м =	_________$_____________________(3.106)
Ri/(SX<y) + XaSlRi
Обозначив
SK = Ri/Ха; MX = 3 (МЛ)2/(2Х<А),
получим
M = ------R---------(1-----— cos а------— sina').	(3.107)
S/Sr -[ Sr/S X. S	S/( J
Уравнение (3.107) описывает механическую характеристику асинхронной
машины с добавочным напряжением ротора независимо от того, с помощью
каких технических средств это напряжение введено. При Л1 = 0 получаем
скольжение холостого хода So в виде
So= ------------------ (3.108)
, и
1--------sin a
SK
Прн a»0 скольжение определяется главным образом амплитудой доба-
вочного напряжения. Прн а=0 скольжение S0=ii, машина работает в под-
синхронном режиме; прн а=180° скольжение So =—й, машина работает
в надсинхронном режиме. Коэффициент мощности машины зависит в ос-
новном от фазы добавочного напряжения. Из векторной диаграммы
(рис. 3.44, б) следует: а>0 обусловливает снижение cos <р и критического
момента; а<0 приводит к повышению cos <р и критического момента. На
рнс. 3.45 показаны механические характеристики при а = 0. Значение крити-
ческого момента зависит от установленной частоты вращения. Управляемое
добавочное напряжение ротора может вырабатываться преобразователем со
звеном постоянного тока или преобразователем с непосредственной связью
при небольшом диапазоне регулирования частоты вращения (см. § 3.7). Уп-
равление преобразователем должно обеспечивать передачу энергии в обоих
направлениях, а частота добавочного напряжения fp должна соответство-
вать частоте индуцируемого в роторе напряжения. Каскадная схема имеет
Зависимое управление (см. § 3.7), если добавочное напряжение регулируется
исходя из частоты вращения вала двигателя; схема имеет независимое уп-
равление, если амплитуда и частота добавочного напряжения задаются не-
зависимо от частоты вращения вала. Характеристики рис. 3.45 соответствуют
Первому способу управления. Суммарные затраты при одновременной реали-
зации над- и подсннхронной каскадной схемы оказываются столь большими,
что ее применение оправданно лишь в особых случаях,
133

Рис. 3.45. Механические характеристики приа=0
и а=180°
3.5.2. Асинхронные вентильные каскады [3.63—
3.66]. Существенного упрощения схем удается до-
стичь, если ограничиться регулированием частоты
вращения в подсинхронном диапазоне. В этом
случае достаточно обеспечить лишь отвод энер-
гии из ротора. Проблема преобразования частоты
вращения решается достаточно просто, если ис-
пользовать предварительно выпрямленное напря-
жение ротора. В этом случае энергия ротора
возвращается в сеть с помощью зависимого инвертора. Соответствующая
схема асинхронного вентильного каскада показана на рис. 3.46. Для выпрям-
ления напряжения ротора служит неуправляемый диодный трехфазный мост.
Инвертор имеет симметричную мостовую схему с тиристорами. За счет
встречного включения напряжений выпрямителя и инвертора можно управ-
лять током ротора, а тем самым и частотой вращения двигателя. Напряже-
ние инвертора определяется углом открытия тиристоров.
При исследовании асинхронных вентильных каскадов рассматривают
идеализированные условия. Хотя выпрямитель создает высшие гармоники
в роторной цепи, обычно учитывают только основную волну токов и напря-
жений. В соответствии с рис. 3.44, а можно записать следующее уравнение
для добавочного напряжения ротора:
,,	| ksUs | uli
-1- Г7Д
(3.109)
С учетом (3.101) уравнение напряжений примет вид
„ ksUsu
“ы”
0 — /1------ -|- iI,Xg -|- ksl
(3.110)
s-
S
На рис. 3.47 изображена соответствующая векторная диаграмма. Введе-
ние добавочного напряжения й аналогично увеличению активного сопротив-
ления.
Скольжение холостого хода получается из выражения (3.110) при /(=0
и при
lim —=— = — 1
(3.111)
в виде
л _ .. .	•• _
О — — —-------- -f~ s> U — ‘Jo-
So
Соотношение «скольжение — момент» необходимо определить только для
области номинальной нагрузки. При М<0,5Мк имеем
<?
М = 2Л4К—------,
где S'к — расчетное критическое скольжение каскада, определяемое по фор-
муле
(3.112)
sti

Ха
(3.113)
134

Рис. 3.46. Принципиальная схема асинхронного
вентильного каскада
Рис. 3.47. Вектор-
ная диаграмма
асинхронного вен-
тильного каскада
и содержащее зависимое от нагрузки увеличение сопротивления ротора за
счет введения добавочного напряжения.
Обозначив естественное критическое скольжение как S к=Кд/Ха, с уче-
том (3.110), (3.112) и (3.113) получим
MSK+ S0-MksUs - = 2MKS.
\h\Xa
В области номинального режима работы I\w~—|Л|, и с учетом
Л4 = 3(-*st/s/Qs) Ilw
будет
MksUs  3(fesC7s)2	_2М .
I±Xq HsXa
MSK = 2MK(S — So).	(3.114)
Следовательно, скольжение асинхронного вентильного каскада слагается
из независимого от нагрузки скольжения холостого хода So и пропорциональ-
ного нагрузке скольжения (S—So). Характеристики каскада с учетом огово-
ренных выше условий являются параллельно сдвинутыми прямыми. В дей-
ствительности из-за /,»=/=—Л и потребления выпрямителем реактивного тока
имеют место определенные отклонения (рис. 3.48). Более точные исследова-
ния показывают, что критический момент каскада несколько снижается при
увеличении скольжения по сравнению с критическим моментом двигателя.
3.5.3.	Расчет баланса активной и реактивной мощности в асинхронных
вентильных каскадах [3.68—3.72]. Исходя из баланса мощности асинхронной
машины, можно определить мощность на валу по формуле
PMex = P6(l-S)-	(З.П5)
Мощность, преобразованная в цепи ротора, будет
Pi = P6S.	(3.116)
При этом Рб = МОо есть мощность, передаваемая через воздушный
зазор от статора к ротору;	Изменение скольжения с помощью
135

Рис. 3.48. Механиче-
ские характеристики
асинхронного вен-
тильного каскада
Рис. 3.49. Баланс мощности каскадного электро-
привода воздуходувки
Момент сопротивления	=	/ — мощ-
ность, подводимая к двигателю; 2 — суммарная мощ-
ность привода; 3—мощность скольжения двигателя;
4 — мощность скольжения, отдаваемая в сеть; 5 — уп-
равляемая реактивная мощность преобразователя, вклю-
чая трансформатор; 6 — суммарная потребляемая реак-
тивная мощность; 7 — реактивная мощность сравнивае-
мого электропривода постоянного тока
введения встречного напряжения в промежуточном контуре постоянного
тока приводит к перераспределению мощности в соответствии с уравнениями
(3.115) и (3.116). Мощность Pt, преобразуемая в цепи ротора, частично
расходуется в виде потерь, а оставшаяся мощность возвращается в сеть.
Из-за двукратного преобразования энергии и значительного сопротивления
кабелей следует учитывать потери в цепи ротора. Рис. 3.49 иллюстрирует это
на примере электропривода воздуходувки.
Выпрямитель роторной цепи должен быть рассчитан на максимальные
напряжение и ток:
Иd max = 1 >35Smax^io;	Id max = 1 >22/j max,
где Smax — максимальное скольжение; I/ю—напряжение при неподвижном
роторе; Л max — максимальный ток ротора.
Типовая мощность
Рт= t/dmax^rfmax	(3.117)
используется только в том случае, если ток Л max имеет место при макси-
мальном скольжении. Выбор инвертора производится так, чтобы
t/<imax== Udow cos ®max>
где Udow — напряжение идеального холостого хода инвертора; атах«150° —
максимальный угол управления инвертором. Для этого чаще всего необхо-
дим согласующий трансформатор. Если же инвертор недоиспользуется по
углу управления, то вследствие того, что cos ф—cos а, существенно ухудша-
ются энергетические показатели каскада по сравнению с электроприводом по-
стоянного тока (рис. 3.49).
При более точных расчетах следует учитывать коммутационную реактив-
ную мощность, в особенности для выпрямителя в цепи ротора. Данная мощ-
ность должна поставляться двигателем. Это видно из диаграммы на
рис. 3.50 [3.68]. По сравнению с нормальной работой двигателя без выпрями-
теля наблюдается больший реактивный ток при равной нагрузке. Коммута-
136

Рис. 3.50. Годографы тока ротора каскадного электропривода
rD=kSUs/X<!
ционная реактивная мощность снижается благодаря тому, что при низких
частотах ротора значительное активное, сопротивление R\ обусловливает опе-
режающую коммутацию. Это выражается коэффициентом качества
G = XaS/Rv
(3.118)
Длительность перекрытия тока р. указана на рисунке.
Загрузка двигателя коммутационной реактивной мощностью обусловли-
вает необходимость снижения передаваемой активной мощности по отноше-
нию к номинальной мощности на величину § (рис. 3.51). Этот коэффициент
может не приниматься во вни-
мание, если двигатель работает
с полной мощностью при по-
ниженном скольжении S/Sk =
= 0,3.
Существенным недостатком
асинхронных вентильных кас-
кадов является высокое по-
требление реактивной мощно-
сти. На рис. 3.52 показаны две
Рис. 3.51. Снижение мощности
двигателя
'D=ksUsXa
137

s) 9 9 0
Рис. 3.52. Каскадные схемы с пониженным реактивным током
модификации схем с малой реактивной мощностью. Схема а, работающая
с коммутируемым от ШИП сопротивлением в контуре постоянного тока, при-
менима для электроприводов малой мощности, где рекуперация мощности
скольжения не является определяющей. Схема б обеспечивает постоянную
работу инвертора с максимальным углом управления, т. е. с минимальной
реактивной мощностью. Управление постоянным напряжением осуществля-
ется с помощью промежуточного ШИП. Параметры ШИП выбираются ана-
логично изложенному в § 3.4.
3.5.4.	Расчет гармоник момента и дополнительных потерь в асинхронных
вентильных каскадах [3.73—3.75]. Из-за взаимодействия асинхронного двига-
теля с вентильными устройствами в роторной цепи ток ротора становится
несинусоидальным. При предположении, что сглаживающая индуктивность
в промежуточном контуре бесконечно большая, форма тока будет соответ-
ствовать показанной на рис. 3.53, а при угле перекрытия ц = л/3—2а. Зна-
чение р, может быть найдено по рис. 3.50.
На рис. 3.53, б представлен соответствующий гармонический анализ. Век-
тор тока ротора (см. п. 4.3.1) в координатной системе ротора будет равен
£= /и (e'SMsz + CBe-'W + C,e+'7sMsz +	+ Clse+/13sV +•..),
(3.119)
поскольку при /=0 отсутствует фазовый сдвиг между высшими гармони-
ками и основной волной.
После перехода в координатную систему, синхронно вращающуюся со
скоростью поля, получим
if = /п (1 + C5e“'6sc’sf + C7e+/6sMsf + Cjje^128^ +
+ C13e+/12M.'f + . . .).	(3.120)
Основная волна тока ротора оказывается неподвижной в синхронно вра-
щающейся координатной системе, высшие гармоники вращаются с 6-, 12-,
18-кратной частотой скольжения в положительном н отрицательном направ-
лении.
При пренебрежении падением напряжения на активном сопротивлении
статора, что справедливо для машин мощностью Pn>5 кВт, двигатель ра-
ботает с постоянным потокосцеплением статора. Поэтому потокосцепление не
138

+ C13e+/12sMs'+ . . .)•	(3.122)
Гармоники момента возникают вследствие взаимодействия между состав-
ляющими тока статора и ротора различной частоты. В соответствии с урав-
нением момента (см. табл. 3.1)
т = ~ ksIm ) zp<
где ks = LmILs\ zP —число пар полюсов машины, можно записать для ip.s =
= const
з
т= -у- ksV spiiaZp-
В линейной части характеристики двигателя вектор тока ротора распо-
ложен практически перпендикулярно к вектору потокосцепления ротора, так
что Л = /ia.
С учетом действительной составляющей уравнения (3.120) результирую-
щий момент двигателя будет
tn — All [1 -ф- (С3 -ф- С7) cos 6s(o$t -ф- (Сц -ф- С13) cosl2scosf -ф- . . . ], (3.123)
где Mt — постоянный во времени момент основной гармоники.
Кроме основной волны, имеются гармоники момента с 6- и 12-кратной
частотой скольжения. Относительные значения амплитуд гармоник будут
М^/М^ = Св -ф- С7;	М^!М± = Сц -ф- С13.	(3.124)
Из рис. 3.53 видно, что относительные амплитуды гармоник момента не-
значительно зависят от угла перекрытия и тем самым от скольжения и тока.
Экспериментально также показано, что Л46/Л4! = 6.. .8 %; Л/^/Л/^2.. .3 %.
Гармоники момента могут влиять на работу системы тогда, когда наступает
резонанс с собственными частотами механической части привода. Гармоники
тока ротора обусловливают повышение действующего (эффективного) значе-
ния тока относительно основной волны. Из уравнения (3.119) следует
/U///1U/ = V1+C5 + C7 + C11 + C?3 •	(3.125)
Идентичное соотношение имеет место и для статорного тока. При пред-
положении постоянства сопротивлений статора и ротора увеличение тепло-
вых потерь в двигателе составит в среднем 3—6 %. В зависимости
139

от конструкции двигателя может наблюдаться увеличение сопротивления за
счет вытеснения тока, что приводит к дальнейшему повышению потерь. По-
этому для работы в каскадных схемах целесообразно применять двигатели
с обмотками, обладающими малым вытеснением тока.
Дискретный режим работы инвертора также обусловливает образование
высших гармоник в контуре постоянного тока и обмотках двигателя. Сглажи-
вающий дроссель Le должен быть выбран в соответствии с заданной допу-
стимой пульсацией тока (см. § 3.1). При этом следует учитывать сглажи-
вающее действие сопротивления рассеяния Ха. Если допустима пульсация
Wief> 10 %, то необходимо принимать во внимание увеличение потерь в дви-
гателе.
3.6.	УПРАВЛЕНИЕ АСИНХРОННЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ
ИЗМЕНЕНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ
3.6.1.	Симметричное управление напряжением. Изменение напряжения
статора обусловливает изменение критического момента асинхронного дви-
гателя Мк, значение которого может быть определено на основании схемы
замещения рис. 3.44 следующим образом:
где Qs — угловая скорость вращения поля.
Это обстоятельство может быть использовано для управления частотой
вращения двигателя, если критическое скольжение
SK =RxlXa	(3.127)
относительно велико или в случае использования двигателя с фазным рото-
ром сделано достаточно большим с помощью добавочных сопротивлений ро-
торной цепи. На рис. 3.54 показаны принципиальная схема такого управления
и характеристики Q/Qo=f(A4/A4Jv; U/Un) при SK = 1. Поскольку управление
частотой вращения основано на ослаблении поля, то двигатель может рабо-
тать на низких частотах вращения только с уменьшенным моментом. Это сле-
дует из уравнений (3.103) — (3.107) для ii=0 и обусловливает граничные
значения нагрузки, приведенные на рис. 3.54, б для определенных значе-
ний I/In.
При регулировании частоты вращения в соответствии с уравнением
(3.116) в цепи ротора имеют место потери, преимущественно в добавочных
сопротивлениях, что является неблагоприятным для многих применений элек-
тропривода. Исходя из этого управление напряжением статора используется
в ряде случаев для крановых электроприводов, где вследствие работы в ре-
жиме прерывистого тока потери сравнительно невелики, или для приводов
вентиляторов, где моменты сопротивления при низких частотах вращения
оказываются весьма малыми. Область применения рассматриваемого управ-
ления ограничивается небольшими мощностями (Р<50 кВт).
В качестве силовых преобразователей находят применение полностью уп-
равляемые и полууправляемые вентильные коммутаторы переменного тока.
На рис. 3.55 показаны их типовые схемы. Напряжение статора управляется
с помощью тиристоров путем «выреза» участков сетевого напряжения. Вслед-
ствие этого возникают высшие гармоники статорного напряжения и тока,
вызывающие повышенные тепловые и магнитные потери, а также гармоники
момента. Вместо такого управления возможно использование тиристорного
устройства в качестве релейного переключателя, обеспечивающего регулиро-
вание частоты вращения двигателя путем периодического подключения ста-
тора к сети (двухпозиционное регулирование). Реализация последнего спо-
соба имеет следующие трудности:
периодическое подключение и отключение двигателя вызывает большие,
часто недопустимые механические нагрузки машины и редуктора. Расчеты
140

Рис. 3.54. Управление напряжением асинхронных двигателей: а — принципи-
альная схема; б—характеристики для-5лг = 1
Рис. 3.55. Варианты схем
вентильных коммутаторов трехфазного перемен-
ного тока
141

показывают, что могут иметь место трех-, четырехкратные значения крити-
ческого момента;
при отключении двигателя появляются перенапряжения на тиристорном
переключателе (см. п. 4.3.5);
ко времени очередного подключения двигателя должны полностью за-
кончиться переходные процессы, вызванные предыдущим отключением, чтобы
не было недопустимых электрических нагрузок;
обусловленная этим пауза приблизительно в три электромагнитные по-
стоянные времени ротора приводит у двигателей с обычной механической
инерционностью и нагрузкой к чрезмерно большим колебаниям частоты вра-
щения.
Из-за названных трудностей релейное регулирование частоты вращения
асинхронных двигателей обычно не применяется. Однако для двигателей
с большим сопротивлением ротора, например двигателей с контактными
кольцами и добавочными сопротивлениями, что позволяет улучшить соотно-
шение между электромагнитной и механической инерционностью двигателя,
реализация изложенного принципа управления представляется возможной.
Релейное управление применимо для линейных двигателей, поскольку они
соединены с механизмом жестко, без редукторов и имеют мягкую характе-
ристику, обусловливающую благоприятное соотношение между электромаг-
нитной и механической постоянными времени. При выборе двигателя, есте-
ственно, должны быть учтены силы, возникающие при частом переключении
[3.76].
3.6.2.	Выбор параметров двигателя и преобразователя [3.77—3.85]. Расчет
нагрева двигателя при управлении напряжением статора представляет значи-
тельные трудности из-за множества влияющих факторов. Учету обычно под-
лежат следующие факторы:
1.	Теплоотдача самовентилируемых двигателей зависит от частоты вра-
щения (скольжения). С увеличением скольжения допустимая мощность по-
терь снижается. Для асинхронных двигателей мощностью Р<50 кВт, сте-
пенью защиты IP 44 ориентировочно можно записать
Pvz/Pvn = 0,6(1 +Sn — S)+0,4,	(3.128)
где Pvn — номинальная мощность потерь при скольжении S«-; PVz — допу-
стимая мощность потерь при скольжении 5.
2.	Зависимость момента сопротивления от частоты вращения
Mw = CQn, п = 0; 1; 2	(3.129)
охватывает большинство практических случаев.
3.	При управлении напряжением с помощью регулировочного трансфор-
матора, что обеспечивает синусоидальность статорного напряжения, тепло-
вые и магнитные потери в двигателе зависят от скольжения и нагрузки.
Можно рассчитать нормированную граничную М — S-характеристику, из ко-
торой удобно определять максимально допустимый длительный момент как
функцию скольжения (характеристика 0 на рис. 3.56).
4.	При управлении посредством тиристорного коммутатора наблюдаются
значительные гармоники напряжения и тока, приводящие к повышенным
тепловым потерям. Расчет этих потерь достаточно труден. На рис. 3.56 при-
ведены экспериментальные граничные характеристики типовых схем. Они
действительны в диапазоне мощностей Ря=1,1...5,5 кВт и могут служить
ориентиром вне этого диапазона.
Из сравнения характеристик рис. 3.56 видно снижение нагрузочной спо-
собности двигателя при тиристорном управлении. Особенно неблагоприят-
ными в этом отношении являются полууправляемая схема TD и несиммет-
ричная схема TU2.
При практических расчетах предварительное определение мощности дви-
гателя осуществляется на основании априорных данных, т. е. путем ориенти-
ровочной оценки максимальной мощности потерь. После этого строится нор-
мированная нагрузочная характеристика (рис. 3.56). Двигатель по нагреву
будет выбран правильно, если построенная характеристика лежит слева от
соответствующей граничной характеристики.
142

Рис. 3.56. Граничные на-
грузочные характеристики
асинхронных машин в дли-
тельном режиме
О — управление напряжением
от идеального трансформатора;
схемы тиристорного управле-
ния соответствуют рис. 3.55
Приведенные гранич-
ные М—5-характеристики
могут быть использованы
для выбора двигателей, ра-
ботающих в режиме преры-
вистого тока, если допусти-
мый для длительного ре-
жима момент Мдв пере-
считать по формуле
Мдв = X
\—ЕР т~
ЕР тСт
(3.1 зо:
где ED—tb[T — относитель-
ная продолжительность
включения двигателя;
т/тст — соотношение по-
стоянных времени нагрева
двигателя при вращении и покое. В зависимости от числа пар полюсов гр
это соотношение приблизительно будет равным: т/тСт = 0,36 при zp=4;
т/тст = 0,34 при zP = 3; г/тСт=0,3 при zP=2; t/tCt=0,2 при гР = 1.
Экспериментальные исследования показали, что двигатель, выбранный
в соответствии с выражением (3.130), имеет некоторый запас по нагреву.
Поэтому в зависимости от типоисполнения машины, относительной продол-
жительности включения, времени работы tb и скольжения S/SN возможна
несколько большая нагрузка, так как отсутствие потерь холостого хода во
время пауз не было учтено в выражении (3.130). На рис. 3.57 дан экспери-
ментально определенный коэффициент коррекции
у = Л4двг/Л4Лв,
(3.131)
служащий для уточнения допустимого момента Mabz при выборе машин.
Гармоники тока обусловливают гармоники момента, заметные в особен-
ности на нижних частотах вращения и имеющие трех- или шестикратную
Рис. 3.57. Коэффициенты коррекции при выборе двигателя для режима
прерывистого тока
143

О 0,2 Ofi 0,6 0,8 1,0
Ud.UR ,
Udo Uro
Рис. 3.58. Изменение относительной реактив-
ной мощности
1 — полностью управляемая схема преобразователя
постоянного тока; 2 — тиристорный коммутатор пе-
ременного тока с активной нагрузкой; 3 — тири-
сторный коммутатор с индуктивной нагрузкой;
^bl^sl ~ относительная реактивная мощность (ос-
новная гармоника);	относительное выход-
ное напряжение (для характеристики	—
основная гармоника потребляемого напряжения, от-
несенная к напряжению сети (для характеристик 2
и 3)
частоту. Однако по сравнению с каскадными схемами эти гармоники не
столь велики.
Управление с помощью тиристорного коммутатора приводит к повышен-
ному потреблению реактивной мощности. Рис. 3.58 дает сравнительную
оценку потребления реактивной мощности электроприводами постоянного и
переменного тока [3. 77].
Расчет параметров вентилей тиристорного коммутатора производится ис-
ходя из условий стационарного режима на основании данных табл. 3.7. На-
грузка вентиля по току /ть определяется непосредственно из максималь-
ного рабочего тока двигателя /.v. Нагрузка по напряжению зависит от ха-
рактера нагрузки коммутатора (активная или пассивная). Асинхронный дви-
гатель представляет собой активную нагрузку, поскольку короткозамкнутая
обмотка ротора поддерживает синусоидальную форму потокосцепления,
в свою очередь, индуцирующего напряжение в статоре. Расчетные соотноше-
ния приведены в § 4.3. В квазистационарном режиме получается повышен-
ная нагрузка вентилей по напряжению. Для сравнения схем рис. 3.55 была
рассчитана типовая мощность
Ру = n/^L^TH’	(3.132)
где п — число силовых электронных элементов; /ть — среднее значение тока
вентиля; 1/тн — периодическое максимальное запирающее напряжение вен-
тиля.
Сравнение показало, что полууправляемая схема TD имеет преимуще-
ства перед полностью управляемыми схемами только при пассивной на-
грузке, если цена диода составляет не более 50 % цены тиристора (значения
в скобках). Полностью управляемая схема ТТ является предпочтительной
при активной нагрузке. При выборе параметров тиристорного коммутатора
следует учитывать аварийные режимы и процессы переключения (см. пп. 4.3.4
и 4.3.5).
Нагрузка по напряжению при нормальной коммутации не превышает
значений, приведенных в табл. 3.7. Вместе с тем следует иметь в виду, что
нагрузка тиристоров прн коротком замыкании в цепи статора достигает
шести-, восьмикратного номинального тока двигателя. Тиристоры, рассчитан-
ные на двух-, трехкратный ток двигателя, выдерживают указанную нагрузку
в течение полуволны. С помощью блокировки импульсов тиристоры должны
быть защищены от более длительных перегрузок. При глухом коротком за-
мыкании перед обмоткой статора получаются еще большие перегрузки (см.
п. 4.2.4), для защиты от которых необходимы предохранители.
Применение тиристоров в цепях обмоток, соединенных в звезду, суще-
ственно снижает вероятность наступления глухого короткого замыкания, что
в ряде случаев позволяет исключить полупроводниковую защиту. Однако
такое решение допустимо только для специальных компактных приводов ма-
лой мощности, допускающих расположение вентилей непосредственно на дви-
гателе.
144

Таблица 3.7. Оценка схем тиристорных коммутаторов по рис. 3.55
ТЩ		2,22		2,12		0,33	2,12		0,33
TU2				Уб = 2,45	1,16	0,77	1,5 Уб = 3,68	1,73	1,15
TTSA		3,85	00 to о			0,67			
<		| 2л	1,48	!О			0,87			со
ТТЛ			0,58						
		УЗ л 3,85				0,67			
Q Н						i 1,16 (0,87)			1,73 (1,3)
TTN	Icq >	л	2,22		У2= 1,41	0,67	0,67	1,5 У2= 2,12		
н н									
				1,51/2 =2,12					
Схема	Нагрузка по току I nJIк		Нагрузка по току, отнесенная к схеме ТТ	Перегрузка по напряжению, пас- сивная нагрузка, Uth/Un	Перегрузка по напряжению, пас- сивная нагрузка, отнесенная к схеме ТТ	Типовая мощность, пассивная на- грузка, отнесенная к схеме ТТ	Перегрузка по напряжению, актив- ная нагрузка,	Перегрузка по напряжению, актив- ная нагрузка, отнесенная к схеме ТТ	Типовая мощность, активная на- грузка, отнесенная к схеме ТТ
145

При пробое вентиля поведение указанных схем оказывается различным.
Схема ТТ остается работоспособной, в то время как все другие схемы
вследствие сужения диапазона управления имеют ограниченную работоспо-
собность. Поскольку нагрев обмоток возрастает, то спустя 3—4 мин после
пробоя необходимо отключить двигатель. Неблагоприятные для работы по-
следствия исключаются, если тиристоры рассчитаны на двух-, трехкратный
ток двигателя и защищены токовой отсечкой и блокировкой импульсов.
Схема TTN, в особенности при малых частотах вращения, должна отклю-
чаться сразу. Однофазные пробои в полууправляемых схемах нарушают ста-
билизацию контура регулирования.
При обрывах цепи тока, в частности при потере управляющих импуль-
сов, обрыве проводника или срабатывании фазной защиты, происходит сни-
жение диапазона управления. В наименьшей степени этому подвержены
схемы ТТА и ТА. Более чувствительными оказываются схемы TTN и TTSA,
а схема TD реагирует наиболее неблагоприятно. Стабильность регулирова-
ния также ухудшается. Нагрузка тиристоров по току может возрасти до
130 % по отношению к нормальному режиму. Неблагоприятные последствия
исключаются при соответствующем выборе тиристоров и их защите. Здесь
также необходимо отключение двигателей спустя 2—3 мин, чтобы предот-
вратить их перегрев. Схема TD допускает только половину указанного вре-
мени.
3.6.3.	Асимметричное управление напряжением. Для электроприводов ма-
лой мощности, где КПД имеет второстепенное значение и тепловые потери
могут быть отведены, применяется способ асимметричного управления, обес-
печивающий снижение аппаратурных затрат. Расчет режимов работы привода
возможен путем разложения несимметричной системы напряжений на со-
ставляющие, одна из которых имеет согласное с ротором направление вра-
щения, а другая — встречное. Поведение двигателя при Р<1 кВт определя-
ется влиянием активного сопротивления обмотки статора, поэтому введенные
в п. 3.5.1 упрощения уже не действительны [3.86].
В качестве примера ниже рассмотрено асимметричное управление на-
пряжением двухфазных асинхронных двигателей. Эти двигатели имеют на
статоре две обмотки, смещенные в пространстве на 90° (рис. 3.59). При оди-
наковом числе витков этих обмоток в машине образуется круговое поле,
если приложенные напряжения U< и th, равные по амплитуде, сдвинуты по
фазе на 90°. Управление частотой вращения двигателя возможно путем из-
менения амплитуды или фазы напряжения П2- Механическая характеристика
двухфазного двигателя в принципе соответствует характеристике трехфазной
машины. Чтобы обеспечить стабильность работы во всем диапазоне регули-
рования частоты вращения, скольжение выбирают 5к>1. Область примене-
ния такого регулирования ограничена мощностями до 50 Вт. Ротор двига-
теля выполняется в виде алюминиевого цилиндра.
Вследствие малого момента инерции можно достичь времени регулиро-
вания 20—40 мс, что особенно важно для следящих электроприводов. Меха-
ническая характеристика двухфазного двигателя (рис. 3.60) может быть опи-
сана с достаточной точностью при помощи ряда Тейлора в точке Q/QB=0:

Л4 , , Q
---- = 1 + <7----
Mk	Qs
(3.133)
Константы q и г определяются на основании каталожных характеристик.
Во многих случаях можно аппроксимировать характеристику прямой линией.
При изменении амплитуды или фазы U2 относительно Ut в машине воз-
никает эллиптическое поле. При расчете система напряжений разлагается на
две встречно вращающиеся системы l/ц и t/12. Рассмотрим амплитудное уп-
равление, т. е. &=/=!, а=0 (см. рис. 3.59):
Ui=U = Пи + Пи;	(3.134)
и 2 = kUe~'nl2 = иие~1л12 + П12е+/Я/2.	(3.135)
146

U^kUe'-’
Направление
Л вращения
А двигателя
Рис. 3.60. Механическая
характеристика двух-
фазного асинхронного
двигателя
Рис. 3.61. Механические
характеристики двух-
фазного асинхронного
двигателя при регулиро-
вании частоты вращения
Рис. 3.59. Двухфаз-
ный асинхронный
двигатель, принципи-
альная схема
После преобразований получим
kU_ =
ип=	(~ 2* )’
(3.136)
(3.137)
Момент двигателя равен алгебраической сумме составляющих, обуслов-
ленных каждой системой:

(3.138)
ц — U — L/и!
где Л1, — момент двигателя при угловой скорости й и симметричном режиме
(fe=l); Мг — момент двигателя при угловой скорости — й и симметричном
режиме.
Рис. 3.62. Схема управления двухфазным асинхронным двигателем
147

(3.139)
На рис. 3.61 построены соответствующие механические характеристики
двухфазного двигателя.
В качестве примера на рис. 3.62 показана схема управления двухфаз-
ным асинхронным двигателем от транзисторного устройства. Управляющая
обмотка питается от источника постоянного напряжения через силовые тран-
зисторы VT3, VT4 и трансформатор TI. Силовые транзисторы работают на
частоте сети, что достигается с помощью управляющих обмоток 1 и 2 сете-
вого трансформатора Т2. Амплитуда управляется от входного напряжения
Ue через транзисторы VT1 и VT2 (регулируемые сопротивления). В зависи-
мости от полярности входного напряжения один из транзисторов закорачи-
вается по входу через диод VI или V2 [3.871.
3.7.	ЧАСТОТНОЕ УПРАВЛЕНИЕ
АСИНХРОННЫМИ И СИНХРОННЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ
3.7.1.	Основные свойства двигателей при частотном управ-
лении [3.88—3.92]. Частотой вращения асинхронного или син-
хронного двигателя можно управлять с помощью изменения ча-
стоты статора fs. Обозначая ее относительное значение
v = fs/fSN,	(3-140)
где fsN — номинальная частота, можно определить угловую
скорость поля в виде
Qs = vQs7V.	(3.141)
Поскольку все индуктивные сопротивления машины пропор-
циональны частоте
X = vXN,
а критический момент определяется формулами:
3 k2sus * *
для асинхронных двигателей Мк = ——	- ;
2
„	WsUp
для синхронных двигателей /Ик = —	,
12 s А
где X — суммарное индуктивное сопротивление со стороны ста-
тора; Up — полюсное напряжение, то для обеспечения незави-
симости Мк от Us необходимо изменять статорное напряжение
по закону
.	Us = vUsN.	(3.142)
* Справедливо для действующего значения напряжения Us.
148

Рис. 3.63. Принципы управления машинами переменного тока: а — внешнее
управление асинхронным двигателем; б — внутреннее управление асинхрон-
ным двигателем; в — внешнее управление синхронным двигателем; г — внут-
реннее управление синхронным двигателем
Это справедливо при пренебрежении активным сопротивле-
нием статорной цепи. При низких частотах (fs< Ю Гц) необхо-
димо ввести уточнения.
Электронные преобразователи частоты в отличие от машин-
ных преобразователей обеспечивают безынерционное, независи-
мое изменение амплитуды и частоты напряжения двигателя.
Чаще всего ставится задача управления напряжением в соот-
ветствии с уравнением (3.142).
В некоторых случаях, например при ослабленном поле, це-
лесообразно иметь
Us<vUsN.	(3.143)
Однако высокое качество регулирования в диапазоне ослаб-
ления поля получить невозможно (см. гл. 4).
Частота, управляющая двигателем, может задаваться или
от внешнего генератора (внешнее управление), или опреде-
ляться частотой вращения собственного вала двигателя (вну-
треннее управление) (рис. 3.63). Обычный режим работы дви-
гателей соответствует внешнему управлению. Внутреннее уп-
равление обусловливает существенно отличные характеристики
машин. Самоуправляемый синхронный двигатель обладает
свойствами машины постоянного тока. Поэтому он называется
бесколлекторным двигателем постоянного тока или вентильным
двигателем. Электронный инвертор, управляемый расположен-
149

ним на валу полюсным датчиком положения, выполняет функ-
ции коллектора.
В зависимости от схемы преобразователя частоты, в особен-
ности от построения промежуточного контура постоянного тока,
а также от способа регулирования различают инверторы, уп-
равляемые напряжением или током (табл. 3.8).
Входное напряжение инвертора напряжения поддерживается
постоянным с помощью конденсатора и необходимого ре-
гулирования или изменяется в соответствии с заданием. Ти-
ристорные коммутаторы вырабатывают в зависимости от
длительности включения вентилей ступенчатое или прямоуголь-
ное напряжение. Встречно включенные шунтирующие диоды
обеспечивают протекание реактивного тока. Вследствие сгла-
живающего действия индуктивного сопротивления рассеяния ток
двигателя оказывается практически синусоидальным.
Входной ток инвертора тока поддерживается постоянным
с помощью дросселя и соответствующего регулирования или
изменяется по требуемому закону. Тиристорные коммутаторы
распределяют ток в обмотках двигателя. Напряжение статора
формируется преимущественно синусоидальным потокосцепле-
нием машины.
На основании уравнений асинхронного двигателя (4.98)—
(4.105) напряжение статора при Rs = 0 будет
СД = /£2Х-	(3.144)
Для инвертора напряжения при выполнении закона управ-
ления (3.142)
UUsN ~ OJ&sN
будет постоянство потокосцепления статора гД = const.
Для определения тока статора могут быть записаны урав-
нения:
0=/1R1 + jQ14r1; Ч^ДМ + ДДп,
откуда
Д = ~	(3-145)
Для инвертора тока характерно постоянство потокосцепле-
ния ротора 4ri = const при выполнении закона управления
(3.145). К постоянной составляющей тока
1л^Лт,	(3.146а)
соответствующей току намагничивания, следует прибавить со-
ставляющую, пропорциональную частоте ротора йь
/^=£21-^—^.	(3.1466)
150

Таблица 3.8. Питание двигателей от инверторов, управляемых напряжением или током
151

Таблица 3.9. Инверторы и преобразователи для питания двигателей (признаки классификации)
Без промежуточного	С промежуточным контуром (со звеном постоянного тока) контура (преобразователи с непосредственной связью)	Самогашение (принудительная коммутация). „Напряжение для гашения тиристора берется от отдельного устройства (коммутация иа стороне постоянного тока)	игольное на- Прямоугольное иа-	Импульсное иапряже-  (ток) с 2л/3- пряжение с л-коммута- ние, ток синусоидальный ией	цией	Прямые преобразо- Обычный инвертор Обычный инвертор Импульсный инвертор ватели	(преимущественно ин- (преимущественно ин- (преимущественно ШИМ вертор тока)	вертор напряжения) напряжения)	। . . . 1000 Гц	fs = 50 . . . Ю00 Гц	fp = (3 . . . 10) fs
	Гашение от сети (естественная коммутация). Напряжение для гашения тиристора берется от пер- вичной или вторичной сети (ком- мутация на стороне переменного тока)	Синусоидальное на-	Прямо} пряжение с гармони- пряжение ками	коммутац		fs < (0,15 ... 0,5) fw fs = 50
Наличие промежуточ- ного контура постоян- ного тока	Способ гашения ин- вертора	Форма кривой выход- ного напряжения (у ин- верторов напряжения) или тока (у инверторов ?ока)	Приборная реализация	Диапазон частот
Закон (3.1466) можно реализовать способом внутреннего
управления (самоуправления) ввиду того, что
Qs —Qj-pQ.	(3.147)
Синхронный двигатель всегда работает с постоянным пото-
косцеплением ротора благодаря низкоомной обмотке возбуж-
дения. Поэтому здесь не требуется соблюдения специальных за-
конов управления.
3.7.2.	Инверторы и преобразователи частоты для питания
двигателей [3.93, 3.94]. Представление о различных типах ин-
верторов дает табл. 3.9. В то время как асинхронные ма-
шины могут работать только с инверторами, имеющими гаше-
ние от первичной сети, синхронные машины могут работать от
преобразователей с гашением от вторичной сети, поскольку они,
за исключением машин с очень низкими частотами вращения,
обеспечивают требуемое коммутационное напряжение.
Преобразователи частоты с непосредственной связью [3.95—
3.99]. Преобразователи частоты с непосредственной связью
представляют собой схемы, в которых каждой фазе питаемого
двигателя соответствует реверсивный вентильный блок
(табл. 3.10). Схемы работают обычно с первичным гашением.
Они обеспечивают обмен активной мощностью в обоих направ-
лениях и удобны для питания активно-индуктивных потребите-
лей. Вместе с тем эти схемы содержат относительно большое
число плохо используемых вентилей. Кроме того, они потреб-
ляют значительную реактивную мощность, что сказывается на
габаритной мощности преобразователя.
Исходя из дискретного характера работы преобразователей,
можно определить верхнюю границу выходной частоты
fsmax = 0,5pfw,	(3.148)
где р — пульсность преобразователя.
Впрочем, данный диапазон практически невозможно исполь-
зовать вследствие высокого содержания гармоник и трудностей
регулирования.
Преобразователи с непосредственной связью нашли при-
менение в тихоходных электроприводах с синхронными двига-
телями большой мощности (табл. 3.10, рис. в). В шестипульс-
ных схемах реализованы выходные частоты порядка 5 Гц [3.96,
3.97]. Рис. а табл. 3.10 иллюстрирует схему преобразователя
для питания синхронного двигателя средней мощности [3.100,
3.101]. Схема работает как с первичным, так и со вторичным
гашением. В диапазоне ПС^О.Шд- допустимо только первичное
гашение, так как двигатель еще не располагает достаточным
коммутационным напряжением. Сетевые реакторы имеют груп-
повую магнитную связь, так что образуется относительно боль-
шая сглаживающая индуктивность для гармоник со стороны
двигателя и малая коммутационная индуктивность со стороны
сети. Если выходная частота преобразователя равна входной
152
153

Таблица 3.10. Преобразователи частоты с непосредственной связью
Выпрямитель,	Инвертор, „	Датчик
гасимый перВичной	гасимый Вторичной Двигатель положения
сетью L Re сетью	ротора
частоте, то нагрузка падает на определенные вентили. Во из-
бежание их перегрузки следует не допускать подобного режима
работы преобразователя.
Преобразователи частоты со звеном постоянного тока, гаси-
мые вторичной сетью [3.102—3.114]. Эта схема (рис. 3.64) при-
годна для питания только синхронных двигателей. Асинхрон-
ные машины не могут обеспечить требуемое напряжение ком-
мутации инвертора. Схема является самоуправляемой. Датчик
положения ротора определяет угол у между вектором статор-
ного тока, заданного инвертором тока, и пространственным по-
ложением ротора. Схема называется схемой вентильного двига-
теля. Стационарный режим описывается уравнением
Udi = Ud2 + Id (Rel + Reil + fle22),	(3.149)
где Udi = Udu cos a — напряжение идеального холостого хода
сетевого выпрямителя; Ud2 = Udi2 cos р— напряжение идеального
холостого хода инвертора; а — угол управления выпрямите-
лем; р — угол управления инвертором; Rel = liPv/Idi— эквива-
лентное сопротивление, учитывающее совокупность активных
сопротивлений контура двигателя; Re2l, Re22— коммутационные
сопротивления замещения выпрямителя и инвертора [см. вы-
ражение (3.4)].
Напряжение статора двигателя будет
Us=^kUdli = k-^-,	(3.150)
cos р
где k = 0,427 — коэффициент трехфазной мостовой схемы.
При предположении магнитной симметрии машины и с уче-
том уравнений табл. 3.1 можно построить векторную диаграмму,
изображенную на рис. 3.65. В координатной системе, вращаю-
щейся с частотой статора, для стационарного режима при
/?s = 0 имеем
	— /npFs — j^isIsLs -ф jQsIjLm.	(3.151)
Обозначим:	Up =	(3.152)
154
155

Рис. 3.65. Векторная диаграмма вентиль-
ного двигателя
— полюсное напряжение машины;
О— полюсный угол; х— управля-
емый полюсный угол.
Независимо от рабочей точки
действительно выражение
₽ + й + у^90°.
При изменении напряжения Ud2
пропорционально изменяются все
векторы напряжений. Аналогично, как и для электропривода
постоянного тока, можно записать
Ud2=k®&s.
(3.153)
При приложении нагрузки изменяются падение напряжения
lsXh и тем самым углы й и р. Момент двигателя для дейст-
вующих значений параметров будет
-^-кмад.т. (ЗЛ64)
где Ui^jQskiWi — напряжение, индуцированное в статоре по-
токосцеплением ротора.
Момент двигателя пропорционален проекции вектора тока
статора /,ч на вектор напряжения Uh- Для оптимального исполь-
зования двигателя следовало бы так управлять системой, чтобы
Uh с Is находились в фазе. Однако это невозможно, так как
синхронная машина должна потреблять коммутационную реак-
тивную мощность инвертора.
Исходя из угла перекрытия и инвертора, необходимо вы-
брать р таким образом, чтобы коммутация гарантировалась во
всем рабочем диапазоне скорости привода, в особенности при
максимальных нагрузках. В качестве коммутационной индук-
тивности служит переходная индуктивность синхронной машины
Ls', определяемая по формуле
Ls = Ls(l —Ms)-
Действительная коммутационная индуктивность будет не-
сколько ниже вследствие влияния демпферной обмотки, имею-
щей трансформаторную связь с полюсной обмоткой.
При низких скоростях напряжение двигателя оказывается
недостаточным для коммутации инвертора. Поэтому для ско-
ростей ниже 5—20 % номинальной необходимо вспомогатель-
ное пусковое устройство с самогашением, работающее в ука-
занном диапазоне скорости и рассчитанное только для него
[3.105].
Более простым оказывается прерывание тока промежуточ-
ного контура с помощью сетевого выпрямителя. Благодаря
156

этому возникает бестоковая пауза, служащая для коммутации
инвертора, что, однако, приводит к снижению момента двига-
теля. Пусковой момент вентильного двигателя составляет
MA=(0,7...0,8)MN.
Пусковые свойства двигателя могут быть улучшены с по-
мощью тиристора, шунтирующего сглаживающий дроссель про-
межуточного контура. Тиристор открывается во время бесто-
ковой паузы и проводит ток дросселя. Благодаря этому ток
двигателя может возрасти после паузы достаточно быстро.
Также целесообразно осуществлять пуск, используя угол у —
~90°, что обеспечивает оптимальный момент. При переходе
к машинной коммутации необходимо изменить угол у так,
чтобы гарантировать необходимую последовательность комму-
тационных процессов.
Переход от двигательного к тормозному режиму произво-
дится без реверса тока в промежуточном контуре, поскольку
выпрямитель переходит в инверторный режим, а инвертор —
в выпрямительный режим. Следовательно, реверсивный элек-
тропривод реализуется без дополнительных затрат на контур.
Во время переключения групп, как и в приводе постоянного
тока с раздельным управлением, необходима бестоковая пауза.
Самогасимые преобразователи частоты со звеном постоян-
ного тока [3.115—3.125]. Самогасимые преобразователи приме-
няют для асинхронных и синхронных машин, когда необ-
ходимая реактивная мощность вырабатывается инвертором.
Инверторы напряжения питаются от неуправляемого или управ-
ляемого источника постоянного напряжения через промежуточ-
ный контур, служащий для развязки высших гармоник. Главные
вентили инвертора работают как коммутаторы, формирующие
чаще всего трехфазное переменное напряжение. В зависимости
от длительности включения вентилей различают (см. табл. 3.8)
инверторы с 2л/3-коммутацией, инверторы с л-коммутацией и
импульсные инверторы. Выходное напряжение инверторов
с 2л/3-коммутацией зависит от вида и значения нагрузки.
В табл. 3.8 показана идеальная форма напряжения.
Типы инверторов различаются способами гашения главных
вентилей. Пять основных типов инверторов представлены
в табл. 3.11, известен также ряд модификаций этих схем. Им-
пульсные инверторы а, б работают от батареи или сети по-
стоянного тока и имеют неизменное входное напряжение (70.
Амплитуда выходного напряжения управляется путем измене-
ния скважности. Поскольку частота пульсов выбирается доста-
точно большой по сравнению с выходной частотой и составляет
0,3—1,0 кГц, то в инверторе наблюдаются существенные ком-
мутационные. потери. Инверторы с суммарным гашением в, г
имеют меньшее число вентилей и пассивных элементов в ком-
мутационных цепях. Они могут работать с л- или 2л/3-комму-
тацией. Если напряжение Uq изменяется в больших пределах,
157

Таблица 3.11. Инверторы напряжения
Принципиальная схема			Основное применение	Число вентилей	Установленная мощность вентилей, отнесенная к U0Iq	Число коммутирующих конденсаторов н дросселей
а) Индивидуальное нне		гаше-	Импульсные инвер- торы большой мощно- сти	ТН — 6 TL — 6 DR — 6 DS —6	Ртн = 2,2 P-fL = 0,6 Pdr = 2,2 Pds = 1,2	С — 6 для Uo и 1,41 /0; 1—3+6
	 тс f+ 2						
А A J						
		jj				
у и							
б) Фазовое гашение			Импульсные инвер- торы	ТН — 6 TL — 6 DR — 6	Ртн = 2,4 Ptl = 0,4 Pdr = 1.2	С — 3 для 1,16 Uo и 1,54 /0; 1 — 3
	IL2					
		i				
z У о»-		’.L1			DS — 0	Pds = °	
						1
в) Суммарное гашение
	Пк						Обычные инверторы с неизменным входным напряжением (70	ТН — 6 TL —4 DR — 6 DS — 2	“В “В “В “в О с Ч н и я t4 S II II II II 0^—0 4^ о со Ъ 00
	IV 1	1	У 1Г	15					
По—		J							
С — 1 для 2Ц0
и 1,41 /0;
L — 2
г) Суммарное гашение с
добавочным напряжением
гио °"	2			=С1				Инверторы с изме- няемым входным на- пряжением 0 t/o ^7о max	ТН — 6 TL — 2 DR — 6 DS —2	“в "В “в “в о	и	н	й и	»	г	S II	II	II	II О № О СО о Ъ1 СП
		€ и» т			к +“					
						1				
	о°-				= С1						
										
д) Последовательное фа- зовое гашение								Инверторы малой мощности 	0 max (/о 3	ТН — 6 TL — 0 DR — 6 DS — 6	Ртн = 3,9 Рт = 0 Pdr — 3,25 Pds = 6.5
21	С1 —II—		1 ей п			2 С 5	1 1			
	II	II								
	А	пг 2	1 8 5		3 7 -II-					
				II			ЛГ	11				
			II S 3			п1 3				
С — 2 для
2,5 Uo и 1,41 10при U,=
=0,5 ий\
L—2
С — 6 для
1,5 £/0;
1 — 3

чем */з ^0 max <^0< Fornax, ТО ДЛЯ обеспечения КОММутЯЦИОННЫХ
процессов необходимо ввести независимое от Uo постоянное до-
бавочное напряжение Uz. Амплитуда выходного напряжения
будет определяться значением Uo- Одна из модификаций такой
схемы, использующая вспомогательные тиристоры, позволяет
осуществлять направленное гашение главных тиристоров [3.124].
Схемы виг обеспечивают отдачу коммутационной энергии
в конденсатор контура постоянного тока, что способствует по-
вышению КПД. Более простые схемы без обратной ветви г
имеют меньшую нагрузку вентилей по напряжению, однако они
применимы только для низких выходных частот и малых мощ-
ностей. Схема с последовательным фазовым гашением выпол-
няется без специальных гасящих тиристоров. Вместе с тем она
характеризуется повышенной нагрузкой главных вентилей по
напряжению и току, а также большими затратами на диоды и
пассивные элементы коммутационных цепей. Эта схема исполь-
зуется в электроприводах малой мощности с ограниченным диа-
пазоном изменения частоты и напряжения.
Для сравнения схем табл. 3.11 служит необходимое число
главных тиристоров TH, гасящих тиристоров TL, обратных
диодов DR и отсекающих диодов DS. При этом введена уста-
новленная мощность вентилей Р как произведение номиналь-
ного обратного напряжения, номинального тока и числа венти-
лей, отнесенное к произведению номинальных значений Uo и 10.
При сравнении затрат необходимо также учитывать пассивные
элементы L и С коммутационных цепей. Конденсаторы рассчи-
тываются на повышенные напряжения.
Главные вентили инвертора тока (табл. 3.12) работают как
коммутаторы, формирующие из заданного постоянного тока
трехфазный переменный ток. Вентили работают в общем случае
в режиме 2л/3-коммутации. Инвертор тока не может работать
без нагрузки. Двигатель должен быть подобран в соответствии
с параметрами инвертора. Применение инверторов тока для пи-
тания групповых электроприводов затруднено. Реализация ре-
версивных приводов происходит без дополнительных затрат
на силовую цепь. Реверс момента двигателя осуществляется пу-
тем изменения направления напряжений выпрямителя и инвер-
тора. Направление тока при этом остается неизменным.
Транзисторные инверторы [3.126—3.130] Силовые транзи-
сторы, работающие в ключевом режиме, позволяют строить ин-
верторы напряжения для питания асинхронных и синхронных
машин в диапазоне мощностей 10—50 кВт. По сравнению с ти-
ристорными инверторами здесь имеется ряд различий:
транзисторы легко закрываются, что исключает применение
специальных гасительных устройств. Это является существен-
ным преимуществом, в особенности для инверторов малой мощ-
ности;
силовые транзисторы используют для управления длитель-
ный ток, коэффициент усиления по току является незначитель-
160

Таблица 3.12. Инверторы тока
Принципиальная схема							Основное применение	Число вентилей	Установлен- ная мощность вентилей» отнесенная к UqI0	Число комму- тирую- щих конден- саторов
а) Индивидуальное шение h—»- Оо						га-	Индивидуальные электроприводы большой мощности	ТН — 6 TL — 6 DR — 0 DS — 0	₽тн = 7 Ptl = 1,92 ₽dr = 0 Pds = 0	С —3 Для 3,2 {/0
			1 } с/.							
	7-з		а»		-	'У'м'Х				
		7-3	11 и							
			с/11 1 S		у					
б) Последовательное фа-
зовое гашение
4-^00			
L<6J	1 р	- н	I
		I 5	I
	; if/-		ЦМ 1 
0—2	’-cth	7- J	1
Индивидуальные
электроприводы
малой и средней
мощности
TH — 6
TL — О
DR — О
DS — 6
Ртн = 8,3
Ptl = О
Pdr = О
Pds = 8,3
С —6
для
3,2 Uo
ним. В качестве ступени усиления мощности применяется схема
Дарлингтона в интегральном исполнении. Коэффициент усиле-
ния по току составляет при этом 20—100. Вместе с тем проб-
лема потенциального разделения цепей требует особого вни-
мания;
транзисторы не могут воспринимать напряжения в обратном
направлении. Поэтому их нельзя использовать в инверторах
тока. Для предотвращения появления недопустимых обратных
сигналов в инверторах напряжения служат высокочастотные
шунтирующие диоды;
для снижения коммутационных потерь и перенапряжений
необходимо применение специальных схем.
Пример выполнения транзисторного ключа показан на
рис. 3.66. Резисторы R1 и R2 служат для расширения диапа-
зона входных сигналов ступени Дарлингтона. Диод VI пред-
отвращает появление обратных напряжений на транзисторе и
служит одновременно в качестве шунтирующего диода для
смежного транзисторного ключа. PC-цепь предназначена для
б Заказ № 1446
161

Рис. 3.66. Пример выполнения транзисторного коммутатора
снижения остаточного перенапряжения вследствие коммутации
шунтирующего диода.
В табл. 3.13 сопоставлены важнейшие схемы инверторов,
подключенных к обмоткам двигателей. Схемы с нулевым выво-
дом обладают тем преимуществом, что все транзисторные ключи
имеют общий нулевой потенциал, относительно которого и про-
исходит управление. В мостовых схемах необходимо потенци-
ально разделенное управление, например, с помощью оптрон-
ных гальванических развязок. Приведенные схемы различаются
в отношении использования двигателя и относительных коле-
баний момента. Использование двигателя характеризуется от-
носительным средним моментом. Базовые величины для всех
вариантов приняты одинаковыми, т. е. одинаковы магнитный
поток, допустимая мощность потерь и сечение обмоток. На ха-
рактер момента синхронных двигателей влияет и расположе-
ние полюсов. Приведенные в табл. 3.13 численные значения
момента не учитывают этого влияния. Двух- и трехпульсные
схемы вследствие плохого использования двигателя пригодны
только для малых мощностей (Р<100 Вт). В диапазоне мощ-
ностей до 1 кВт предпочтительны четырех- и шестипульсные
схемы. При больших мощностях представляют интерес инвер^
торы с комбинацией тиристоров и транзисторов [3.130]. I
3.7.3.	Расчет параметров двигателя и преобразователей. I
Расчет гармоник момента и дополнительных потерь. Фор-1
мируемое инвертором несинусоидальное напряжение (или ток)|
(см. табл. 3.8) вызывает в двигателе повышенные потери и гар-
моники момента.
Для сформированного фазного напряжения статора действи-
тельно выражение
us=Uslcos cosi + X t7svcos(vio5i + (pv).	(3.155)
V
Вследствие симметрии четные гармоники отсутствуют; гар-
моники, кратные трем, равны нулю, а также все фазовые углы
162

Таблица 3.13. Транзисторные инверторы
6*
163

<pv=0. Гармонический анализ позволяет определить для л- и
2л/3-коммутации инвертора следующие коэффициенты:
с5 = Ujusl = т 0,2;	С7 = 0sll0sl = ± 0,143;
Си = £W/S1= 4=0,091;	С13 = 0s 13/ 0Л = ± 0,077.
(3.156)
Верхние знаки соответствуют л-коммутации, нижние
знаки — 2л/3-коммутации. Зависимость формы кривой напря-
жения от нагрузки при 2л/3-коммутации не учитывается. Для
сформированного инвертором тока статора действительно выра-
жение
is = hi cos ast + У, Isv cos (va>st + i|?v).	(3.157)
V
Вследствие симметрии коэффициенты Фурье в режиме фор-
мирования тока и 2л/3-коммутации соответствуют коэффициен-
там в режиме формирования напряжения и л-коммутации.
При предположении геометрической симметрии машины для
вектора статорного напряжения можно записать следующее
уравнение в координатной системе, синхронно вращающейся
с основной гармоникой:
us = 0sl (1 +С6е“/6^ фСЛ1* ДСпе"712^ +C13e/J12fi>^ +...)•
(3.158)
В режиме формирования тока аналогично имеем
Ь = Л1 (1 + С5е46^ + С7?6м^ + С11е“/12м^ 4- С13е/12м^ + . . . ) •
(3.159)
При анализе поведения асинхронных и синхронных машин
можно с достаточной для практики точностью полагать, что по-
токосцепление ротора не содержит гармоник. Следовательно,
в синхронно вращающейся координатной системе
ф1 = Tj = const;	d-— — о
“	“	dt
Напряжение, индуцированное в статоре потокосцеплением
ротора (напряжение за переходным сопротивлением), не содер-
жит высших гармонических.
Из уравнения напряжений статора (см. табл. 3.1)
dips
Us = 'tsRs+ —=7~ + /®sips
— - —	dt	—
с учетом
ips = ^i^i + i_sLs
следует
«»= isRs+	j(0sisLs + i®sMri-	(3.160)
—	—	fit	—	—
164

Рис. 3.67. Схема замещения для
гармоник асинхронного или синхрон-
ного двигателя: а — двигатель без
вытеснения тока; б — двигатель
с вытеснением тока
Напряжение за переходным сопротивлением будет
i/ft=z©ATi.	(3.161)
Для высших гармонических действительно выражение
di$y г в	г
s Т? “Ь J^s^sv^s*
—	-	at	-
В координатной системе статора соответственно имеем
Msv = isv£s+	(3.161а)
Последнее уравнение может быть отображено схемой заме-
щения для высших гармоник (рис. 3.67,а). Эта схема дает воз-
можность расчета гармоник статорного тока при сформирован-
ном напряжении статора. Для тока фазы действительно выра-
жение
is = fsl cos (iosZ + ф1) + S 7v cos (vast + ipv)	(3.162)
—	V
или в векторной записи
is = ?sle^ +1^^+^ +1^^+^ + 7511е-/(12и^+фи) +
+ Л1зе/(В * * * 12“*ЖЧ	(3.163)
где i|)v — сдвиг по фазе между v-ми гармониками тока и на-
пряжения. Поскольку потокосцепление ротора не содержит
гармоник, то для высших гармонических тока ротора можно
записать
Ф1х?== ®=	“ЬisyLft,	= isv ~	(3.164)
—	-	—	—	- Li -
В асинхронных и синхронных машинах с ярко выраженным
вытеснением тока ротора образование гармоник тока незначи-
тельно. В зависимости от частоты существенно повышается
активное сопротивление роторной цепи Ri и в связи с этим
значительно снижается коэффициент связи ki для гармоник.
Благодаря этому уменьшается индуктивность рассеяния Ls'.
В граничном случае в схеме замещения действует только ста-
торная составляющая индуктивности L'ss (рис. 3.67,6) и поток
в зазоре может считаться синусоидальным. Рис. 3 68 иллюстри-
рует параметры типовой машины. Из-за снижения индуктивно-
сти Lss' относительно Ls' в двигателях с вытеснением тока,
165

Рис. 3.68. Сопротивление ротора (а) и переходная индуктивность (б) дви-
гателя с вытеснением тока в зависимости от частоты ротора
работающих при сформированном напряжении статора, статор-
ный ток будет иметь большие гармоники, чем в машинах без
вытеснения тока.
Гармоники тока вызывают гармоники момента. Уравнение
момента будет (см. табл. 3.1)
т=------—k Im {ф,/*} z	(3.165)
С учетом (3.163) последнее уравнение можно переписать
в виде
т = М10 [cos ф! + Съ cos (6iosZ + ф5) + С7 cos (6iosZ + ф7) +
+ Cucos(12cos^-Tфц) + С1зcos(12ws^ + фтз) + . . .
Кроме основной гармоники Л4юсозф1 момент содержит
гармоники 6- и 12-кратной частоты.
В случае формирования напряжения статора имеем
с6- -4^<0;
1st
Сп= -^-<0;
Л1
С7=-^->0; ф6«ф7^—90°;
FS1
с13=4^>0; Фп^Фи^-эо0.
/S1
(3.166)
В случае формирования тока статора коэффициенты Фурье
Cv определяются в соответствии с (3.156). При этом ф1<Сл/2;
ф5~ф7; фц~ф13. Фаза гармоник момента не имеет существен-
ного значения. Для ориентировочного расчета амплитуд как
при формировании напряжения, так и тока с достаточной точ-
ностью можно записать
/и = Л4ю [cos ф1-Г (С3С7) cos 6ios/-Г (Сц-Г С1з) cos 12(osZ-Г . . . ],
(3.167)
где ф1 — угол вектора основной гармоники тока относительно
вещественной оси, приблизительно равный фазовому сдвигу
между основными гармониками тока и напряжения статора.
U6

С учетом попарно противоположного вращения составляю-
щих момента для относительных амплитуд гармоник получим
М8____С5 С7 . МД2  Гц 4~ Cis
Мг cosily ’	cos
У современных асинхронных двигателей малой и средней
мощности с вытеснением тока ротора гармоники момента
6-кратной частоты составляют до 10—12 % номинального мо-
мента, гармоники 12-кратной частоты — до 1—2%. Гармоники
момента машин без вытеснения тока соответственно отношению
L'ss/Ls' меньше.
Гармоники тока вызывают повышенные тепловые потери
в статоре и роторе в отношении
PvlIP,li= £ 'Ж	(3-168)
V—1
У машин с вытеснением тока повышение потерь в роторной
цепи незначительно. Повышение потерь приводит к снижению
мощности двигателя примерно на 20 % относительно режима
работы с синусоидальным питающим напряжением.
Расчет процессов гашения в самогасящихся инверторах
[3.139—3.144]. Выбор параметров вентилей самогасящихся ин-
верторов определяется, с одной стороны, питающим напряже-
нием (или током) и нагрузкой, а с другой — возникающими во
время гашения токами и напряжениями. Индуктивности и ем-
кости цепей гашения следует выбирать таким образом, чтобы
максимальный ток вентилей /v max был надежно погашен и
вентили после этого в течение достаточно долгого времени tH
не нагружались напряжением в проводящем направлении. В са-
мом неблагоприятном случае нагрузки током и напряжением
должно выполняться условие
где tf — время восстановления запирающих свойств вентиля.
Цепи гашения основных схем инверторов (см. табл. 3.11)
можно представить в виде эквивалентного токового контура
(рис. 3.69), если предположить, что:
активное сопротивление равно нулю;
вентили являются идеальными;
параметры коммутационных элементов контура не зависят
от нагрузки;
нагрузочный ток на интервале гашения остается неизмен-
ным.
Из уравнения
Uо “Ь — i^c “Ь	(3.169)
где Uo — напряжение в промежуточном контуре; Uz— добавоч-
ное коммутационное напряжение; ul = L-^-; uc=—!_ fid/ —

Рис. 3.69. Схема заме-
щения контура гашения
Рис. 3.70. Принципы гаше-
ния
напряжения на дросселе и конденсаторе; при учете начальных
значений напряжения на конденсаторе Uc о = Uc max и тока че-
рез дроссель /lo=/o получатся уравнения изменения напряже-
ния и тока в контуре гашения в следующем виде:
Uq ,==z Uо -J- Uг—(t/0 Uг — Ucq) cos (at (aLIсо sin (at;
i = (аС (Uq + Uz— Uсо) sin (at -ф IL0 cos (at-,	(3.170)
(O=1/VLC.
Анализ полученных уравнений позволяет определить необ-
ходимые параметры процессов гашения и коммутационных эле-
ментов (табл. 3.14) [3.117]. Максимальный выброс тока р яв-
ляется исходной величиной при расчете нагрузки вентилей и
может быть выбран в определенных границах. Исходя из этого,
определяют параметры конденсатора и дросселя, приведенные
в табл. 3.14 в нормированной форме.
Процесс гашения протекает в указанных в табл. 3.14 схе-
мах различным образом. Схемы а, в, г, д имеют гашение на-
пряжением. При этом напряжение на конденсаторе использу-
ется для увеличения катодного потенциала главного тиристора
VS1. Запирающее напряжение на главном тиристоре должно
поддерживаться в течение времени не менее tn^tf (рис. 3.70, а).
Схема б работает с токовой коммутацией (рис. 3.70,6). Ток
контура гашения должен быть больше тока главного тиристора
во время восстановления им запирающих свойств. Однако не-
значительное обратное напряжение на тиристоре обусловливает
увеличение длительности его запирания практически вдвое по
сравнению с гашением напряжением (см. также § 3.4). Схема
с последовательным фазовым гашением д характеризуется тем,
что каждый главный тиристор выполняет функцию гасящего
тиристора для предыдущего по циклу работы тиристора. При
этом получается высокая токовая нагрузка
I т max = IС max + Л).	(3.171)
Схемы с суммарным гашением в и г обеспечивают рекупе-
рацию энергии гашения посредством трансформаторной связи
между гасящим дросселем и вспомогательными обмотками и
обратных диодов. При отказе от рекуперации схема упроща-
168

ется, а также снижается нагрузка тиристоров и конденсаторов
по напряжению. В схеме г станет Uc max = Uo+ Uz вместо
2U0+Uz. Однако схемы без рекуперации энергии гашения при-
годны только для низких рабочих частот, поскольку в против-
ном случае потери были бы слишком высоки, а время, необхо-
димое для рассеяния энергии гашения, недопустимо велико.
В инверторах тока (см. табл. 3.12) возникает зависимое от
нагрузки напряжение в промежуточном контуре и тем самым на
конденсаторе гашения. Для индивидуального гашения (схема а)
действительно выражение
I^n/C^kU^	(3.172а)
а для последовательного фазового гашения
-L-IQtH=.kU0,	(3.1726)
0С2
причем k выражает допустимое повышение напряжения на кон-
денсаторе. Для демпфированного контура коммутации будет
d1 = T?V2Q7E; d2 = 7?V3C7E,	(3.173; 3.174)
где R = RS\ L = LS — соответственно активное сопротивление и пе-
реходная индуктивность фазы двигателя.
Коммутационные элементы следует выбирать так, чтобы
суммарная энергия, накопленная в контуре коммутации, была
минимальной:
При расчете параметров пассивных элементов и вентилей не-
обходима оценка потерь. При этом следует иметь в виду, что
вследствие быстрого протекания процессов гашения получаются
повышенные потери, обусловленные вытеснением тока и вихре-
выми токами. Для построения высококачественных инверторов
необходимы дроссели с малым вытеснением тока и конденса-
торы с небольшими потерями.
Расчет элементов промежуточного звена постоянного тока.
Элементы промежуточного контура постоянного тока предна-
значены для развязки выпрямителя и инвертора в отношении
высших гармоник, чтобы исключить их негативное влияние друг
на друга. На основании схемы промежуточного контура инвер-
тора напряжения (рис. 3.71, а) можно записать
udl = idlR + ^L + ud2-	(3.176)
idl = C^^+id2.	(3.177)
at
Нагрузка промежуточного контура характеризуется сопро-
тивлением
RL = U2d2N/PN,	(3.178)
169

Таблица 3.14. Процессы гашения
Принципиальная схема	а) Индивидуальное гашение	б) Фазовое гашение	
Параметры	иг = 0 L = 2Li U со = По	1 Пг = 0 L —	"4"	
Нормированный макси- мальный выброс тока		a	I max ₽= /.	
Нормированная гасящая емкость с* = с и°  Шн	р arctg р	л/р2- 1 arccos 1/р	
Нормированная комму- тационная индуктивность L* = L	 Uotn	1	1	
	Р arctg р	4 VP2 — 1 arccos 1 /р	
Оптимальное значение р	Р = 1 . . .2	Р = 1,54	
Время паузы			
Максимальный ток	max 	 /о = дЛ + Р2	I max	Up / о	2(0 £, I о	
170

в инверторах напряжения
	в) Суммарное гашение			г) Суммарное гашение с добавочным напряжением	д) Последовательное фазовое гашение
	1/г = 0 L = Lr UСо = 3U0			Uz = O,5Uo С = Сг UС о = 2L/q + Uг	uz = o С = 3/2Cj U со = 1,5П0
				о	217 о + U z / 2С ₽“	1, V L	т,: Vi
	X	JLX 3 i		р х 2,5 х 1	Vtx х	 + - / з ft aretg а / —— fj
		, „	.	0 arctg р—arcsin	5	 3V1+02			
				2,5 71 +02	
	X	тх 1		Ах Р х 1	w X			— .	/	3	Q arctg	л	/	0
		arctg 0-	0	Р	
			37НР2	2,5^1 +Р2	
	0=1. . .2			0=1. . .2	P = 1,23
				tH^tf	
	IС max /о				IC max 	 Io -V1+ T max = i C max 4“ Д)
			- = Vl + Р2	!l™* =71+02	
171

Рис. 3.71. Схемы промежуточного контура постоянного тока
5) L
где Ud2N — номинальное выходное напряжение контура; PN —
отдаваемая активная мощность при номинальном напряжении.
Приведенные уравнения дают возможность определить пере-
даточную функцию промежуточного контура:
Ud2 = _______________________1________________________
«Л	(t + Г1 + „ шы + кс. + —	~d	; (3-179> | 1+2р-— + p2_J_)(l+v) \	“о	“о ) v = R/RL<^\,	(3.180)
где	“• V + lcRL) ~ Vl'c;	<3'181’ +	~J_ /_L+£	(3.182) 2	<o0(l+v)	Rl V С	V L	v 7
Индуктивность контура L следует выбирать так, чтобы обес-
печить режим непрерывного тока выпрямителя во всем рабочем
диапазоне. Для этого служат условия определения парамет-
ров, приведенные в п. 3.1.2. Емкость контура С выбирается та-
ким образом, чтобы собственная частота ®0 была достаточно
малой относительно частоты пульсаций выпрямителя и инвер-
тора:
ю0 < 6®N; ю0<6юЛт!П.	(3.183)
Значения емкостей часто выбираются несколько большими,
чтобы пропустить значительные токи, возникающие при гаше-
нии инвертора. Следует проверять с помощью выражения
(3.182) демпфирование промежуточного контура. Из соображе-
ний экономичности работы схемы необходимо иметь v<;l, что
может привести к относительно слабому демпфированию. В этом
случае приемлемая динамика контура может быть достигнута
с помощью регулирующих устройств (см. п. 5.1.3).
Промежуточный контур инвертора тока содержит в каче-
стве развязывающего элемента в простейшем случае только
172

дроссель с индуктивностью L (рис. 3.71,6). Исходя из урав-
нения
udl — UL + ud2,	(3.184)
можно, как и у электроприводов постоянного тока (см. п.3.1.2),
определить пульсацию тока за счет работы выпрямителя.
Wtl=Ud9fwl/(JdNL)	(3.185)
и инвертора
Wi2=Udofw2/(IdNL).	(3.186)
Результирующая пульсация тока будет
=	+	(3-187)
Процесс коммутации в соответствии с (3.143) протекает
удовлетворительно вплоть до 20 %-ной пульсации тока, хотя
это становится заметным в форме кривой выходного напря-
жения.
В промежуточном контуре инвертора тока вместо одного
дросселя может быть применено LCL-звено (рис. 3.71, в). При
этом контур L1—С рассчитывается для гармоник напряжения
выпрямителя, а контур L2—С — для гармоник инвертора. Резо-
нансная частота контуров должна лежать вне области частот
пульсаций преобразователей.
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Динамика систем электропривода, а также выбор парамет-
ров элементов в значительной степени определяются измене-
нием регулируемых величин во времени. В частности, следует
принимать во внимание следующие факторы:
температурные процессы в обмотках машин, максимальную
температуру (ограничена);
механические процессы в системе привода, максимальные
вращающие моменты и угловые скорости (ограничены);
электромагнитные процессы в электрических машинах и
дросселях, максимальные напряжения (ограничены источником
питания и возможностями изоляции обмоток и деталей эле-
ментов);
температурные процессы в вентилях, максимальную темпе-
ратуру p-n-переходов (ограничена);
переходные процессы в преобразователях, максимальную
частоту среза системы (ограничена);
173

Рис. 4.1. Характерные области располо-
жения постоянных времени динамиче-
ских процессов в системах электропри-
вода
/Л
Рис. 4.2. Момент сопротивления
поршневого компрессора; частота
вращения и=100 об/мин
электромагнитные процессы в элементах преобразователей,
максимальную нагрузку вентилей по напряжению (ограничена).
Рис. 4.1 дает представление о временных соотношениях
между названными динамическими процессами. В качестве ар-
гумента приведены суммарные или эквивалентные постоянные
времени в порядке вышеприведенного их перечисления.
Для практических расчетов достаточно учитывать только те
динамические процессы, которые существенно влияют на иссле-
дуемые взаимосвязи. Величины, изменяющиеся сравнительно
медленно, рассматриваются как постоянные; переходные про-
цессы, протекающие достаточно быстро, не учитываются. Для
расчета параметров систем электропривода в классическом
плане существенны температурные и механические процессы.
При оптимизации систем необходимо учитывать механические
и электромагнитные процессы, а в ряде случаев и дискретность
вентильных преобразователей. При включении — отключении
установок, а также при действии возмущений существенное зна-
чение имеют электромагнитные процессы в машинах и дроссе-
лях и температурные явления в вентилях.
При расчете динамики следует различать поведение системы
«в малом» и «в большом». Исследование «в малом» можно про-
изводить с помощью передаточных функций и структурных
схем. При исследовании «в большом» (процессы включени.' —
отключения и т. д.) необходимо рассматривать полные уравне-
ния состояния системы с учетом начальных условий. Примене-
ние вычислительных машин при этом очень эффективно.
4.1.	ДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
В ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ
4.1.1.	Расчет параметров двигатели при периодически меняющейся на-
грузке. Рассматриваемые электроприводы характеризуются периодическим из-
менением момента сопротивления механизма. Такие нагрузки типичны для
агрегатов, в которых вращение двигателей преобразуется с помощью криво-
шипно-шатунных механизмов в поступательное движение рабочих органов,
в частности для прессов, упаковочных машин, поршневых компрессоров
174

(рис. 4.2). Периодические нагрузки характерны также для часто включаемых
и отключаемых приводов, например кранов, шахтных подъемников, сервоме-
ханизмов. Подобные нагрузки подчинены, как правило, статистическим зако-
номерностям и могут быть описаны детерминированными временными зави-
симостями лишь приближенно.
Изменение момента двигателя mft) при заданном моменте сопротивления
mw (t) может быть определено на основании уравнения движения жесткой
механической системы
т (0 = mw (t) 4- J ,	(4.1)
at
где J — суммарный момент инерции привода.
Все величины, входящие в уравнение (4.1), приведены к одному валу,
чаще всего к валу двигателя. При этом считается, что все части механиче-
ской системы соединены жестко, т. е. отсутствуют упругие колебания. Пе-
риодическую функцию mw (0 можно представить в виде
mw (0 = 44 о 4- 44^ 1 s*n (a>iF^ 4~ Ф1) 4" М^г sin (2<oi^f 4~ Ф2) 4" • • • >
(4-2)
где a>w — круговая частота основной гармоники момента сопротивления.
При линейной механической характеристике двигателя
Но-— й>
т = Mks = Mk------------,	(4.3)
где Mk — момент короткого замыкания; Qo—угловая скорость идеального
холостого хода, с учетом (4.2) получим
zn (/) = Л4о Mi sin ч~ cpi *Ф1) Ч~ М2 sin (2(0^7^ Ч" Ф2 "4" Ф2) Ч~ • * •
(4-4)
Компоненты момента двигателя могут быть рассчитаны по отдельности,
т. е.
440 = М R7 oi 44v = 44	,	(4.5)
V1 4- (УШц/Тм)2
где
фу = —arctg , v = 1; 2; 3;. .
хм = JQ0IMk	(4.6)
— механическая постоянная времени привода. Отсюда видно, что высшиетар-
монические с v>l составляют незначительную долю m(t). Во многих случаях
они могут не учитываться, что упрощает расчеты. С возрастанием значений
vfflifT.v влияние периодической нагрузки на момент двигателя снижается.
Путем увеличения I или снижения Мь (мягкая характеристика двигателя)
можно демпфировать периодическую составляющую момента сопротивления.
С другой стороны, из уравнения (4.4) следует, что при медленных колеба-
ниях mw(t), когда (viottTm)2*^ 1, действительно выражение
т (0 ® mw (<).	(4.7)
Во многих практических случаях допустимо считать mw(t) постоянным
на отельных интервалах (рис. 4.3). При линейной характеристике двигателя
(4.3) момент на v-м интервале с учетом уравнения (4.1) будет
....... йп dmv (t)
mv (t) = MWv —J 5-----------y-	(4.8)
Mk	dt
ИЛИ
mv (p) =	----^Mpmv (p) 4-
P
175

Рис. 4.3. Момент сопротивления пресса
Pv
Направление
потока энергии
Рис. 4.4. К принципу
работы электропри-
вода с муфтой
где M^v—момент сопротивления на v-м интервале (const); —момеит
Двигателя в конце (v—1)-го интервала, т. е. в начале v-ro отрезка времени.
Окончательно имеем
mv (р} = —+ jMfe) .
Р (1 + ртм) 1 + ртм
mv (0 = Mwv (1 -	+ M(v_x) е-"хМ.	(4.9)
Здесь также видно, что с увеличением Тм происходит демпфирование
периодических составляющих	Если же колебания момента достаточно
медленны относительно Тм, то экспоненциальные функции становятся рав-
ными нулю и действительно выражение
(4.10)
Приведенные выкладки применимы только тогда, когда механическая ха-
рактеристика двигателя может рассматриваться как линейная. Для электро-
приводов с нагрузками двигателей до критического момента (например, при-
воды прессов) задача усложняется. Решение в этом случае возможно с по-
мощью графических методов или вычислительных машин. Выбор двигателя
при периодически меняющейся нагрузке осуществляется исходя из требуемого
момента т{Р) (см. п. 2.2.1). При этом необходимо проверить двигатель на
перегрузку.
4.1.2.	Процессы пуска и торможения. Расчет процессов пуска — торможе-
ния может быть выполнен с помощью уравнения (4.1). При выборе двига-
теля следует учитывать возникающие дополнительные потери, что имеет осо-
бое значение при частых пусках и торможениях.
Различные способы расчета относятся к следующим случаям:
нерегулируемому пуску асинхронных и синхронных двигателей;
механическому управлению пуском с помощью фрикционных или индук-
ционных связей;
электрическому управлению пуском с помощью изменения напряжения
или сопротивлений.
Потери энергии прн нерегулируемом пуске асинхронных и синхронных
двигателей рассчитываются из баланса потерь
Q = 3f (/?si| + ₽;<2)d<	(4.11)
Л
и могут быть представлены в виде
✓	D К f	\
Q= (1-|-----Г mwsQQdt — JQg [sdsj,	(412)
I	/?; Л'-	7
176

где Rs—сопротивление обмотки статора; Pi— приведенное сопротивление
обмотки ротора; i,— ток статора; if—приведенный ток ротора; Sb S2—
скольжение в моменты времени Л и t2; Qo—синхронная скорость.
Потери энергии состоят из независимой от нагрузки составляющей
+	(413)
и составляющей, зависимой от нагрузки,
/ R \ г2
Ql = ( 1 +	| J mw (0 s (0 Qodt	(4.14)
к Л
Для приближенной оценки во многих случаях можно принимать мо-
менты двигателя М и сопротивления независимыми от скорости, так
что динамический момент Ма оказывается постоянным. Составляющая Ql
положительна при разгоие, отрицательна при торможении и пренебрежимо
мала при реверсе.
Полученные выше выражения для потерь энергии являются ориентиро-
вочными. Вследствие вытеснения тока ротора, насыщения магнитопровода,
наличия тока холостого хода, а также переходных процессов могут быть
значительные отклонения. Для получения более точных соотношений необ-
ходимы соответствующие данные о параметрах двигателя.
При выборе двигателя по средней мощности потерь учитываются потери
при пуске и торможении. Для переменной нагрузки с периодом Т действи-
тельно выражение
1 г т	1
Ру =~^~ f Pvtt)dt + SQ |<Рцтах.	(4.15)
‘ Lo	J
Для реверсивного режима с постоянными потерями холостого хода Pvo,
постоянными нагрузочными потерями Pvl и потерями энергии при реверсе
QT справедливо условие
PV ~ ^vo+ PVL + QrZsZ РУ max-	(4-16)
где z=1!T — частота реверсирования.
Высокая частота включений требует снижения стационарной нагрузки
двигателя. Допустимая частота включений указывается изготовителем для
режимов S4, S5, S7, S8.
Доминирующая составляющая потерь Qo независима от характеристики
асинхронного двигателя, поэтому она не изменяется при деформации харак-
теристики, например при переключении обмоток в процессе пуска со звезды
на треугольник или при пониженном напряжении. Увеличенное вследствие
вытеснения тока сопротивление ротора приводит к снижению потерь энергии.
Потери энергии могут быть снижены путем механического или электри-
ческого управления. При управлении процессом пуска — торможения с по-
мощью муфты частота вращения двигателя приблизательно постоянна.
В стационарном режиме имеют место повышенные потери, обусловленные
повышенным моментом двигателя. Поскольку этот момент чаще всего изве-
стен, то он без труда может быть учтен в нагрузочной диаграмме. В отно-
шении иагрева двигателя данный способ управления пуском — торможением
аналогичен управлению напряжением источника питания.
Существенные потерн при пуске или торможении наблюдаются в самой
муфте. Эти потери в соответствии с рис. 4.4 равны разности подводимой и
отводимой мощности, т. е.
Pv(0 = Pi——м/?ю2(0:	=	=	(4.17)
где Мп — момент, передаваемый через муфту.
177

Рис. 4.5. Потери энергии Q при пуске
двигателя постоянного тока в зави-
симости от динамического момен-
та Мъ
Qo — потери энергии при пуске с ЛТде/=О;
Потери энергии в процессе раз-
гона выходного вала муфты от ско-
рости Q2o при t=0 до скорости
Й2Л=Й< прн t = tk могут быть оп-
ределены путем ннтегрнрования
с учетом (4.17) и (4.1) следующим
образом:
(4.18)
где /—момент ннерцин двигателя и муфты; М. w — момент сопротивления
нагрузки.
Аналогия между выражениями (4.18) и (4.13) очевидна. Поскольку прн
пуске — торможении энергия вращающихся масс двигателя и связанных
с ним частей муфты не изменяется, то потерн энергии при управлении про-
цессом пуска — торможения с помощью муфты будут меньше, чем при соот-
ветствующих режимах управления двигателем. Благодаря этому достижима
большая частота включения, определяемая в зависимости от момента сопро-
тивления и окружающих условий.
Прн управлении процессом пуска — торможения двигателей постоянного
и переменного тока стремятся обеспечить постоянство момента машин. Вслед-
ствие пропорциональности между моментом и током легко рассчитать необ-
ходимые электрические и механические величины и учесть их при выборе па-
раметров двигателя.
Для максимального использования существующих и проектируемых уста-
новок необходимо определить динамический момент, при котором потери
энергии минимальны. Результаты соответствующего расчета применительно
к приводу постоянного тока представлены на рис. 4.5 для момента нагрузки
Mw	Afjjpo . , О
------ ----------  fe---- .
Mn	Mn Qo
(4.19)
При этом наблюдается слабовыраженный минимум вблизи точки
Afb/Afw = l (6 = 0) или ЛД/Л4Л. =0,6 (6=1).
Соответствующие схемы регулирования позволяют реализовать оптималь-
ные по потерям процессы пуска — торможения.
4.1.3. Расчет параметров сервоприводов. Перемещения, реализуемые
в технике управления, характеризуются начальной н конечной координатами.
Процессы ускорения — замедления определяют выбор механических, электри-
ческих н температурных параметров сервоприводов. Наряду с номинальной
мощностью и частотой вращения основными параметрами являются макси-
мальный момент двигателя Мм max и его момент инерции Jм. Качество сер-
водвигателя характеризуют следующие параметры:
относительный максимальный момент
X — А1уи rnax/44jvi
(4.20)
максимальное ускорение
max - тах/^Л1>
(4.21)
относительное максимальное ускорение
v — max— МММаn)>
(4.22)
178

максимальная динамическая мощность
max = М тах^Л! max М тах/^Л!’	(4-23)
относительная максимальная динамическая мощность
.	max	max ®Л1 max
л ----------=----------------------= XV.	(4.24)
PjV	Мц (ох
Относительный максимальный момент высококачественных серводвигате-
лей составляет МЛ{ max/A4N=4.. .10. Типовые значения динамической мош.
ности в зависимости от мощности двигателя представлены на рис. 4.6.
Как правило, двигатель связан с рабочим органом через редуктор
(рис. 4.7). Редуктор характеризуется передаточным числом
‘р = ®м/т1..	(4-25)
нагрузка — моментом ннерцнн JL. Прн пренебрежении моментом сопротив-
ления справедливо уравнение
тм — J М<ЛМ + JL ,2
1Р
(4.26)
Серводвигатель должен обеспечить требуемое угловое ускорение <oL при
данном моменте инерции нагрузки J L. Для этого двигатель должен иметь
момент
' / 1 । ;	J М \
тМ = J1 1Р '"Д )’	(4.27)
\ ip	J L /
Значение тм зависит от ip, причем минимум достигается при
‘р ~
(4.28)
Полученное значение передаточного числа редуктора является оптималь-
ным (механическое согласование). Прн этом требуется минимальная динами-
Рис. 4.6. Максимальная динамическая мощ-
ность серводвигателей постоянного тока
ческая мощность двигателя.
Потерн в двигателе будут
также минимальными. Не-
обходимая динамическая
мощность двигателя опре-
деляется по формуле
м' J
J М J М1р
X fl + »'р— (4-29)
к Ч )
Рис. 4.7. Принцип ра-
боты сервопривода
179

теля будет
Рис. 4.8. Граничные нагрузоч-
ные характеристики серводви-
гателя
J — длительный режим, питание от
полностью управляемой однофаз-
ной мостовой схемы; 2 —длитель-
ный режим, питание «гладким»
постоянным током илн с прину-
дительной вентиляцией; 3—режим
прерывистого тока
При оптимальном значении
ip имеем
~ L	(4.30)
Следовательно, требуемая
динамическая мощность двига-
LM max^4^L®£-
(4.31)
При выборе ip необходимо также учитывать соотношение между номи-
нальными частотами вращения двигателя и нагрузки, так что нередко при-
ходится принимать компромиссное решение. Поскольку максимальная динами-
ческая мощность двигателя не зависит от его номинальной частоты враще-
ния, то в этом отношении быстроходные и тихоходные серводвигатели рав-
ноценны.
У ряда сервоприводов, в особенности для станков, кроме высокой ди-
намической мощности требуется большой диапазон регулирования частоты
вращения (до 1 : 4000) при условии равномерности хода на нижних часто-
тах вращения (примерно при 0,5 об/мин). Охлаждение двигателя должно
обеспечивать его максимальный момент при частоте вращения, близкой к ну-
левой, в течение достаточно длительного времени.
Высокие качества серводвигателей обеспечиваются различными конструк-
тивными решениями. Получили распространение тихоходные двигатели, ра-
ботающие без редуктора или с одноступенчатым редуктором. Их высокий мо-
мент инерции позволяет отказаться от механического согласования и иметь
Jm »	(4-32)
что упрощает настройку привода. На рис. 4.8 показаны граничные нагрузоч-
ные характеристики серводвигателя. Для полного использования свойств сер-
водвигателей необходим соответствующий учет перегрузочной способности и
динамических возможностей всей установки (см. § 3.2). Аналоговые, ча-
стотно- или фазоаналоговые следящие системы необходимы, чтобы обеспе-
чить требуемую точность (см. § 5.6).
Отключение
Рис. 4.9. Блок-схема шагового электропривода
180

Рис. 4.10. Механическая характеристика линей-
ного двигателя
С помощью шаговых двигателей легко
реализовать заданные линейные и угловые
перемещения. Вследствие пропорциональности
между числом подаваемых импульсов и угло-
выми шагами двигателя можно выполнить
шаговый электропривод разомкнутым (рис. 4.9).
Перемещения сервомеханизмов можно осу-
ществить с помощью линейных двигателей.
Для асинхронных линейных двигателей при-
меняются способы управления напряжением
(см. §3.6) и частотное управление (см. §3.7).
Линейный двигатель должен быть подобран
по скорости, тяговому усилию и потерям. По
аналогии с вращающимися асинхронными ма-
шинами для линейной скорости можно записать
v = о0 (1 — s),
(4.33)
где v0=2xpfs — синхронная скорость; хР— полюсное деление; fs — первичная
частота; s = (v0—п)/ц0 — скольжение.
Линейные двигатели следует выбирать так, чтобы при питании от трех-
фазной сети значение Оо соответствовало требуемой скорости рабочего ор-
гана. Вследствие краевых эффектов и большого воздушного зазора КПД и
коэффициент мощности линейного двигателя относительно низкие. Поэтому
механическая характеристика двигателя отличается большим скольжением
(рис. 4.10).
4.1.4.	Математические модели механической части привода.
Входными величинами механической части привода являются
момент двигателя пгм, приложенный к его якорю (ротору), и
момент сопротивления mw, приложенный к рабочему органу.
Выходными величинами являются угловая скорость ид и угол
поворота <pL рабочего органа (нагрузки) (рис. 4.11). В клас-
сической теории электропривода рассматривается, как правило,
жесткая связь всех движущихся масс. В соответствии с этим
передаточная функция механической системы будет (см. § 2.1).
“т = —, ‘ , 7 , (тм —mwy, Фд = — Ид. (4.34)
Р (Jм + Jl)	р
Механические системы, подверженные быстрым изменениям
входных величин, например в быстродействующих АСР частоты
вращения и положения, не могут рассматриваться как жесткие
Рис. 4.11. Жесткая механическая система: а — кинематическая схема; б —
структурная динамическая схема
181

одномассовые системы. Вращающий момент передается через
упругие валы, муфты и редукторы с зазорами, действуют силы
трения в передачах. При исследованиях необходимо различать:
линейные многомассовые системы, где вращающиеся или
поступательно движущиеся массы связаны упругими валами,
моменты трения пропорциональны угловой скорости;
нелинейные многомассовые системы без зазоров, в которых
моменты трения зависят нелинейно от частоты вращения (су-
хое трение);
многомассовые системы с люфтами, в которых силы трения
могут быть линейными или нелинейными.
Механическая система часто состоит из большого числа
инерционных масс, связанных упругими звеньями с зазорами
или без зазоров. Детализация структуры системы и расчет ее
параметров вызывают значительные трудности. Поэтому воз-
никает задача разработки более простых эквивалентных си-
стем, содержащих существенные свойства исходных систем и
обеспечивающих достаточно простой расчет или измерение их
параметров. В качестве эквивалентных принимают чаще всего
двух- или трехмассовые системы.
Уравнения линейной упругой двухмассовой системы
(рис. 4.12) будут
dt ~	1 i	\ (mM — my)-, J M	(4.35)
d(i>L 	 ' dt ~	~^-(my—mw); Jl	(4.36)
mv=C^M-	~ Фь) + ^-d (fflM — ®l) ;	(4-37)
^-= и dt	dffL	„ M>	,, юг., dt	(4.38; 4.39)
где ту — упругий момент на валу; С — коэффициент жесткости
вала; kd — коэффициент внутреннего демпфирования; — мо-
мент инерции двигателя и жестко связанных с ним масс; Jl—
момент инерции механизма.
При этом предполагается наличие демпфирующего момента,
пропорционального разности угловых скоростей и «щ. На
основании приведенных уравнений на рис. 4.12,6 построена
структурная динамическая схема, позволяющая определить все
а)
Ту
О- с О7
1>И Г ту ту —
Рис. 4.12. Упругая двухмассовая система: а — кинематическая схема; б —
структурная динамическая схема
182

Рис. 4.13. Упругая двухмассовая система с сухим трением: а — полная струк-
турная схема; б — эквивалентная структурная схема
необходимые передаточные функции механической системы.
В частности,
м/.
тм
Р (JL 4- J м)
(4.40)
В системе,
тельное звено
, kd
С Р_______________
kd	J mJ lP*
С	(J (JL “Ь J м)
описываемой функцией (4.40), имеется колеба-
JmJlP2
С (Jl + Jм)
(4-41)
с собственной частотой

JlJm
и коэффициентом демпфирования
(4.42)
d = —
2
J L~\~ J М
CJlJm
(4-43)
Искомые параметры могут быть получены путем экспери-
ментального определения частотных или переходных характе-
ристик объекта. При известных значениях JM и JL можно опре-
делить также механические параметры С и kd-
Уравнения упругой двухмассовой системы с линейным и не-
линейным внешним демпфированием (сухое трение) должны
включать в себя помимо (4.35) — (4^39) соотношение
mw = kR sign + m*w,
где mw* — внешний момент сопротивления.
(4.44)
183

Рис. 4.14. Механическая схема с люфтом: а — кинематическая схема; б —
структурная схема

(4.45)
При этом получается структурная схема, представленная на
рис. 4.13,а. Для области частот, где 1/(р/)^>1, можно получить
эквивалентную структурную схему, показанную на рис. 4.13,6.
Характеристика нелинейного звена может быть определена экс-
периментально.
Для двухмассовой системы с люфтом Д вместо (4.37) дей-
ствительны уравнения:
ту = 0 при )фА1— фН<Д;
my = mw + JL-^~ при |Фл1— <pL|>A.
at
Следовательно, поведение системы различно на отдельных
участках. Исследование такой системы целесообразно проводить
машинными методами. Особым является случай передачи через
люфт малых моментов, когда реакция на электропривод прене-
брежимо мала. Такой случай имеет место, если датчик присое-
динен через редуктор, имеющий люфт (рис. 4.14).
4.2.	ДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
В ЭЛЕКТРОПРИВОДАХ ПОСТОЯННОГО ТОКА
4.2.1.	Математические модели электропривода в режиме не-
прерывного тока. Поведение электропривода рассматривается
ниже для малых отклонений от стационарного режима в диа-
пазоне i>0, когда вентильное действие преобразователя от-
сутствует. Преобразователь характеризуется при этом средне-
выпрямленной ЭДС Ude, активным сопротивлением замещения
Re и индуктивностью Le (см. п. 3.1.1). Для двигателя предпола-
гается отсутствие реакции якоря, вихревых токов и потоков
рассеяния. При этом получится схема замещения силовой ча-
сти электропривода (рис. 4.15), действительная как для си-
стемы преобразователь—'Двигатель, так и для системы Г—Д.
На схеме обозначено: ude, Re, Д — ЭДС, внутреннее сопротив-
ление и индуктивность преобразователя (генератора); им, RM,
LM— ЭДС, сопротивление и индуктивность якорной цепи дви-
гателя; и/, (рм — напряжение возбуждения и поток двигателя;
Rf — активное сопротивление цепи возбуждения; J — суммарный
момент инерции электропривода; т, mw — моменты двигателя
и сопротивления.
184

Рис. 4.15. Схема замещения силовой ча-
сти электропривода постоянного тока
Рис. 4.16. К определению
магнитного сопротивле-
ния
‘е“о=1'«то; ‘Sf“=VRm;
tg </=!/<,
Система описывается следующими дифференциальными урав-
нениями (см. также § 3.1):
ud-uM = i(R'+RM) + (Le + LM)-%--,	(4.46)
at
им = ЬмУмаМ’	(4-47)
тм — kM(pMi’ = mw + J—jy-;	(4.48)
at
=	(4-49)
Кт
uf = ifRf + Wf^-.	(4.50)
at
Для построения обобщенной структурной динамической
схемы выполнено:
1. Нормирование уравнений; базовые величины выбраны при
этом так, чтобы большинство коэффициентов стало равным еди-
нице при сохранении достаточной физической наглядности
структурной схемы.
2. Линеаризация уравнений ввиду малости отклонений пе-
ременных от стационарного режима.
При этом введены следующие базовые величины: Udo— номи-
нальная ЭДС преобразователя; Ik~ UdoKRe+Rw) — ток корот-
кого замыкания; Ufa— номинальное напряжение возбуждения;
I}0 = UfaIRf — номинальный ток; Фмо=7/о^/^то — номинальный
поток; Rmo — магнитное сопротивление контура возбуждения
в базовом режиме; W<— число витков обмотки возбуждения;
Qmo = Udo/(kM^M<>)—номинальная угловая скорость двигателя;
Mk = kMIk®Mo — момент короткого замыкания.
185

Нормированные уравнения:
Ude	им	i .	d * Udo	Udo	1k	Л dt Ik ’	(4.51)
где ТЛ = (Re + RmV(Rb + Rm)> им _ Фм	. Udo	Фмо ®Mo	(4.52) (4.53)
т-м _	Фм	i	mw	।	d	шц Mk	Фмо	h	Mk	'	M dt	Qmo	(4.54)
где
= JQ-Mol^k’, ФЛТ   if	RtnO t Фмо	/fo	Rm ’	(4.55) (4.56)
uf = if ,	Фм	if ,	d if Ufa I fo	° dt Фмо	Ifo	dt Ifo	(4-57)
где 2	9 ffilr	Wf Tf =			; Tf0 =	. ' RmRf	f0 Rm0Rf	(4.58)
При малых отклонениях от стационарного режима получим
следующие передаточные функции:
-7Г	^ = т-(1 + 'глР); Udo	Udo	‘k	(4.59)
им _ Фм &м	Фм	. ' Udo	Фмо &мо	Фмо &М0	(4.60)
тм _ -1 Фм । Фм/ _ mW т р ам . Mk	Ik Фмо	Фмо/fe	Mk	м £!мо	(4-61)
ФЛГ __ if RmO t ФМ0	ho Rm A. = JL.(1+Tp), Ufo	Ifo	f	(4.62) (4.63)
Величины Qm/Qmo; Фм/Фмо’, Щи, R'mIRmo относятся к рабо-
чей точке. Магнитное сопротивление R'm является дифференци-
альной величиной в окрестности рабочей точки, где Rm и Rmo—
абсолютные величины в рабочей и базовой точках (рис. 4.16).
На рис. 4.17 приведены соответствующие структурные схемы
с входными величинами Ude/f/do; tnw/Mk', Uf/Uf0 и выходными
параметрами wm/Qmo; i/Л. Они характеризуют электропривод
186

n\ ЛЬ*
Рис. 4.17. Структурные схемы электроприводов постоянного тока: а — незави-
симое управление напряжением якоря и полем; б — неизменный поток двига-
теля; в — двигатель последовательного возбуждения: if = i;
У _	о Rk . у _ j । Rm
аМ 0 Rrn !f0	Rrnl>
постоянного тока как линейную систему с параметрами, завися-
щими от рабочей точки. Только в случае постоянства магнит-
ного потока двигателя параметры привода не зависят от ра-
бочей точки, что дает возможность строить высокодинамичные
системы с относительно простыми регуляторами. Если же ис-
пользуется управление полем или применяются двигатели по-
следовательного возбуждения, то параметры существенно зави-
сят от рабочей точки. При этом высокого качества динамики
приводов можно достичь только с помощью адаптивных регу-
ляторов. Справедливость приведенных структурных схем огра-
ничивается факторами, не учтенными при составлении уравне-
ний. В частности, реакция якоря оказывает размагничивающее
действие и дестабилизирует динамику [4.19—4.21]. Вихревые
токи влияют на характер взаимосвязи между потоком и током,
так что передаточная функция (4.62) становится неадекватной.
В современных машинах постоянного тока с шихтованным ста-
тором влияние указанных факторов незначительно, и ими часто
пренебрегают. Однако и у этих машин сопротивление якорной
цепи, включающей в себя щеточный контакт, зависит от состоя-
ния последнего и условий окружающей среды. Вследствие этого
электромагнитная постоянная времени подвержена значитель-
ным изменениям. Электропривод постоянного тока как объект
187

регулирования характеризуется передаточными функциями, по-
лученными на основании рис. 4.17. При постоянстве потока дви-
гателя имеем
®м1&мо	1	(4.64)
Udel U do	1 +	(1 + ТЛР)	
	— (14-тлр)	(4.65)
	1 + гмР (1 + хар)	
mw!Mk		
iUk	ЪмР	(4.66)
	1 + ГМР (1 + гар)	
ttdet U do		
iHk	1	(4.67)
		
mw/Mk	1 + ГМ Р (1 +ТЛР)	
Характерными параметрами являются:		
(4.68)
(4.69)
(4.70)
электромагнитная постоянная времени якорной цепи
Le + LjVf
Тд =--------;
Re + Rm
механическая постоянная времени привода
тм —
постоянная времени возбуждения двигателя
tf = ^/(Rm0Rf).
Эти параметры зависят от характеристик как двигателя, так
и других звеньев привода. В принципе желательно иметь по-
стоянные времени по возможности малыми, чтобы получить
быстропротекающие переходные процессы в системе без суще-
ственной перегрузки двигателя и преобразователя. Это дости-
жимо главным образом благодаря малой индуктивности якор-
ной цепи Li, малому моменту инерции двигателя JM и высо-
кому сопротивлению цепи возбуждения R/. На рис. 4.18—
4.20 представлены типовые значения параметров машин посто-
янного тока.
Индуктивность якоря двигателя в диапазоне мощностей 1—
100 кВт может быть оценена по формуле
LM = (0,025. . .0,035)-^—.	(4.71)
JNnN
При расчете постоянных времени по формулам (4.68) и
(4.69) следует учесть параметры преобразователя и других си-
ловых элементов, а также сопротивление кабелей и переходных
контактов. Полученные значения являются ориентировочными,
поэтому для более точного описания электропривода необхо-
димы соответствующие экспериментальные исследования.
4.2.2.	Математические модели и свойства вентильных пре-
образователей. При строгом анализе вентильного преобразо-
186

Рис. 4.18. Относительный момент инерции машин постоянного тока. Номи-
нальная частота вращения «=1500 об/мнн
Рис. 4.19. Относительное сопротивление якоря двигателей постоянного тока
U/у—номинальные напряжение и ток
Рис. 4.20. Постоянная времени возбуждения машин постоянного тока
189

вателя как звена контура регулирования необходимо исходить
из его дискретного принципа работы. При этом рассматривают
преобразователь как совокупность системы управления и сило-
вой части. Входной координатой является сигнал на входе си-
стемы управления, обычно напряжение постоянного тока; вы-
ходной координатой считается средневыпрямленное напряже-
ние преобразователя Ude- Его сопротивление и индуктивность
относят к якорной цепи двигателя. С учетом этого диаграмма
работы преобразователя на примере трехфазной нулевой схемы
представлена на рис. 4.21. Открытие вентилей происходит в мо-
менты равенства входного напряжения ие и внутреннего пило-
образного напряжения системы управления, что и определяет
временное изменение и среднее значение выходного напря-
жения преобразователя. Управление преобразователем осу-
ществляется в дискретные моменты времени открытия венти-
лей, между этими моментами входное напряжение ие не влияет
на выходное напряжение Ude- Следовательно, преобразователь
ведет себя как импульсное звено, свойства которого определя-
ются характером входного сигнала. А это обусловливает нели-
нейную зависимость между входной и выходной координатами.
Поскольку преобразователь работает преимущественно с не-
прерывными звеньями (двигатели, фильтры), то, пользуясь раз-
витой теорией непрерывных систем, желательно описать его
в первом приближении как непрерывное звено АСР. При ис-
следовании в области малых отклонений полагают, что на по-
стоянный входной сигнал наложена синусоидальная состав-
ляющая
Ди,, =/г sin at.
На рис. 4.22 построено соответствующее изменение выход-
ного напряжения для ао = 9О°. Среднее выходное напряжение не
имеет фазового сдвига относительно входного сигнала. Следо-
вательно, преобразователь может рассматриваться «в малом»
как пропорциональное звено. В соответствии с этим можно по-
лучить его передаточную функцию, базирующуюся на его ста-
Рис. 4.21. Принцип работы вен-	Рис. 4.22. Изменение выходного напряже-
тильного преобразователя	ния преобразователя при синусоидальном
входном сигнале
490

Рис. 4.23. К выбору передаточной функции системы управления преобразова-
телем
ционарных свойствах. Исходя из закона управления преобразо-
вателем	_	......
ud=t/d0cosa	(4-72)
коэффициент передачи силовой части будет
Дий/Да =—t/dosina0,	(4.73)
где ао — угол управления в рабочей точке.
Для систем управления со стабилизированным пилообраз-
ным опорным напряжением (рис. 4.23, а) коэффициент пере-
дачи определяется формулой
Да/Дие =—kk.	(4-74)
Для систем управления с синусоидальным опорным напря-
жением (рис. 4.23, б) соответственно имеем
Да/Дие=—fcfe/sin а0.	(4-75)
Общий коэффициент передачи вентильного преобразователя
с учетом (4.73) и (4.74) будет
Дий/ Дие = khUd0 sin а0,	(4-76)
а с учетом (4.73) и (4.75)
Aud!\ua= kkUfa.	(4.77)
Следовательно, коэффициент передачи преобразователей
с пилообразным опорным напряжением зависит от угла управ-
ления а. В рабочем диапазоне 30°^а^150° он изменяется при-
близительно в два раза. Поэтому можно исходить при оптими-
зации АСР из среднего значения коэффициента передачи пре-
образователя. В высокодинамичных электроприводах целесооб-
разно скомпенсировать рассматриваемую нелинейность путем
включения звена с инверсной статической характеристикой.
Следует отметить аналогию между работой гасимого сетью
вентильного преобразователя и самогасящегося ШИП в отно-
шении выходного напряжения. В обоих случаях речь идет
о сдвиге пульсов (рис. 4.24). Поэтому изложенные соображе-
ния действительны в принципе и для ШИП. Коэффициент пе-
редачи ШИП является постоянным.
191

Рис. 4.24. Аналогия между рабо-
той вентильного преобразова-
теля (а) и ШИП (б)
Рис. 4.25. Изменение выходного на-
пряжения р-пульсного преобразова-
теля
9=<0<=<Х-|-л/2—я/р
Если частота управляющего сигнала близка к частоте
пульсов, то необходимо учитывать дискретные свойства преобра-
зователя. На рис. 4.25 изображено изменение выходного напря-
жения р-пульсного преобразователя вследствие изменения вход-
ного сигнала Дие. При этом предполагается режим непрерыв-
ного тока преобразователя. Выходное напряжение получается
как последовательность временных площадок напряжения ве-
личиной
Ди/ = 2UДО sin —- cos (а0' +	•	(4-78)
Относя выражение (4.78) к соответствующему периоду пуль-
сов ОР = и7'=2л/р и учитывая, что
Я=мг = а + -5--—; Ud0= t/ —sin —,	(4.79)
2 р	пр
получим соответствующее изменение среднего значения напря-
жения
_ А“/'—. _ 2 sin — cos f а0 4——.	(4-80)
ДШр	р к 2 )	7
Однако при расчете динамики в области частот, близких
к частоте пульсов, следует исходить не из среднего значения
выходного напряжения, а рассматривать изменение напряже-
ния как последовательность импульсов. В граничном случае
малых отклонений от стационарного режима получится после-
довательность равноотстоящих импульсов, площадь которых оп-
ределяется по уравнению (4.78). В этом случае преобразова-
тель может рассматриваться как линейное импульсное звено.
192

Для контура регулирования, содержащего преобразователь,
действительна структурная схема, показанная на рис. 4.26. Пре-
образователь представлен здесь идеальным импульсным зве-
ном, причем его коэффициент передачи отнесен к звену Es. Кон-
тур может быть исследован методами теории импульсных
систем (см. § 5.5). С помощью z-преобразования можно опреде-
лить границу устойчивости, рассчитать передаточные функции
[4.27] и исследовать взаимодействие преобразователя с диск-
ретными сигналами. Использование импульсных частотных ха-
рактеристик позволяет осуществить анализ и синтез систем.
На рис. 4.27 видно различие между импульсной и непрерыв-
ными частотными характеристиками для типовой передаточной
функции
F0(ja) = FsFR = —~^——,	(4.81)
1<оТ (1 + /<вт)
где Т — период дискретности по времени; Qp = 2n/7'; v = (o/Qp.
Из рисунка следует, что представление преобразователя непре-
рывным звеном с постоянной времени чистого запаздывания
Tt=T приводит к существенной погрешности. При v<0,l им-
пульсные и непрерывные частотные характеристики совпадают,
что дает возможность пренебречь импульсными свойствами пре-
образователя. Граница устойчивости получается при v = 0,5. Бо-
лее точная оценка приве-
дена на рис. 4.28, где видно,
что граница устойчивости
не зависит от постоянной
времени т, а определяется
только дискретностью Т.
Представленные характе-
ристики позволяют рассчи-
тать параметры контура
регулирования при задан-
ном запасе по фазе. Мак-
симально возможная ча-
Рис. 4.26. Контур регулирования с
преобразователем как импульсным
звеном
Рис. 4.27. Частотные характеристики
звена
л, (/И) =------!------
/а>Г (1+/а>т)
для т*—т/Г«0,2; I—частотные характе-
ристики с преобразователем как П-звеном:
2 — импульсные частотные характеристи-
ки; 3 — фазочастотная характеристика
с преобразователем как звеном чистого
запаздывания
7 Заказ № 1446
193


Рис. 4.28. Нормированные импульсные частотные характеристики передаточной
функции
Р(/и)=-----!-----т = —
1'<лТ (1 + /COT)	Q
стота при запасе по фазе у = 60° и очень малой постоянной
времени т составляет
®d = Qp/(2n) = fp,	(4.82)
где fP — частота пульсов преобразователя.
Тем самым определены границы быстродействия контура
регулирования с вентильным преобразователем.
Описание работы преобразователя с помощью последова-
тельности равноотстоящих импульсов является определенным
приближением. Оно не учитывает обусловленного большими
сигналами изменения ширины площадок напряжения Auf и тем
самым изменения расстояния между импульсами. Далее пред-
полагается, что высшие гармоники выходного напряжения по-
давляются в достаточной степени инерционными звеньями кон-
тура регулирования, так что их влияние на поведение системы
незначительно. Это допущение справедливо, если в контуре,
содержащем шестипульсный преобразователь, наряду с фильт-
рами для сглаживания сигналов имеются динамические звенья
с постоянной времени не менее 1 мс (влияние вихревых токов
и др.). Если же передаточная функция разомкнутого контура
в рассматриваемом диапазоне частот соответствует пропорцио-
нальному (П) или интегральному (И) звену, то описание яв-
ляется лишь ориентировочным. Точное описание возможно пу-
тем составления уравнений для отдельных этапов работы пре-
194

образователя. Для простых контуров с передаточными функ-
циями идеального И-звена или И-звена с инерционностью
первого порядка могут быть применены линеаризованные разно-
стные уравнения при анализе «в малом» [4.28]. Подобным обра-
зом можно рассчитать границы устойчивости системы в зави-
симости от рабочей точки. Можно показать, что приближенные
расчеты с использованием импульсных частотных характери-
стик соответствуют самому неблагоприятному граничному
случаю.
Описание поведения вентильного преобразователя «в боль-
шом» требует специальных представлений. Здесь имеет место
запаздывание между моментом изменения угла управления и
временем эффективного изменения выходного напряжения
(рис. 4.29). Указанное запаздывание зависит от момента по-
дачи управляющего воздействия. При этом можно рассчитать
его граничные значения и определить среднестатистическое за-
паздывание при предположении, что все моменты подачи уп-
равляющего воздействия равновероятны в течение периода
пульсов. При определенных обстоятельствах возможно отрица-
тельное запаздывание. При расчете запаздывания исходят из
того, что выходное напряжение преобразователя определяет
ток контура, содержащего индуктивные элементы. Поэтому
можно рассматривать среднее значение выходного напряжения
за период пульсов. Скачкообразное изменение среднего значе-
(Ot
Рис. 4.29. Запаздывание вентиль-
ного преобразователя при боль-
ших изменениях входного сигнала
ие: а—ШИП; б — преобразова-
тель, гасимый сетью
Ti — время запаздывания; Т —
период пульсов
ния напряжения при перемен-
ном угле управления Да выби-
рается так, чтобы площадь, ог-
раниченная кривой среднего
значения, была равна пло-
щади, ограниченной действи-
тельной кривой выходного на-
пряжения [4.29, 4.30]. Подроб-
Рис. 4.30. Эквивалентное запаздыва-
ние ШИП
а — угол управления
7*
195

ные расчеты, базирующиеся на анализе выходного тока [4.31],
подтверждают изложенное.
Время запаздывания ШИП с переменным моментом
времени зажигания и неизменным моментом времени гашения
(рис. 4.29, а) при положительном изменении угла управления
Да составляет
wTmax = Y = a + Да
в случае изменения входного сигнала непосредственно после
зажигания, а в случае его изменения непосредственно перед
последующим зажиганием будет
®7’min = ?—О'р = а + Да—Оу, Ор = аТ = 2п/р.
Среднестатистическое время запаздывания будет
Те = (а + Да—0/2)^-.	(4.83)
Для отрицательных изменений угла управления имеем со-
ответственно
Те = (а+Да +
Да
2
% \	1
2 / <в
(4.84)
Отсюда видна несимметричная реакция преобразователя на
большие изменения входного сигнала (рис. 4.30). В граничном
случае малых отклонений в обоих направлениях Да имеем
В соответствии с изложенным о поведении преобразователя
при малых сигналах эквивалентное запаздывание в средней ра-
бочей точке a = ’QP/2 будет равно нулю.
Путем соответствующих рассуждений можно определить
время запаздывания шестипульсных вентильных схем в зависи-
мости от момента изменения входного сигнала (рис. 4.31). Раз-
ница между наиболее ранним и наиболее поздним изменениями
входного сигнала (левая или правая граница участка диа-
граммы) составляет для шестипульсных схем л/3. Если огра-
ничиться рассмотрением среднестатистических значений, то
с достаточной для практики точностью получим диаграмму, пред-
ставленную на рис. 4.32. Различие запаздывания для положи-
тельных и отрицательных приращений угла управления имеет
существенное значение для реверсивных вентильных схем и яв-
ляется причиной возникновения динамического уравнительного
тока (см. § 3.3 и 5.1). Аналогично изложенному можно рассчи-
тать время запаздывания трехпульсных схем преобразовате-
лей. При этом получаются приблизительно те же значения
среднестатистического запаздывания, как и для шестипульсных
схем. Среднее эквивалентное запаздывание схем для гранич-
ного случая малых изменений Да будет равным нулю.
196

Рис. 4.31. Время запаздывания шести- Рис. 4.32. Эквивалентное запаз-
пульсного вентильного преобразователя дывание шестипульсного преоб-
для характерных значений а в зависи-	разователя
мости от момента изменения входного
сигнала
На кривых указано значение Да — измене-
ния угла управления
4.2.3.	Математические модели и свойства электропривода
в режиме прерывистого тока. Выходное напряжение вентиль-
ного преобразователя в режиме прерывистого тока зависит от
параметров цепи нагрузки (см. п. 3.1.3). Поэтому целесооб-
разно рассматривать преобразователь и нагрузку как единое
целое. Входной величиной является угол управления а или
выходной величиной — ток нагрузки. На рис. 4.33 показано из-
менение тока вследствие изменения угла управления для типо-
вого случая активно-индуктивной нагрузки с встречным напря-
жением. Изменение угла управления на Да приводит к измене-
нию длительности импульса тока tf и его значения в этот
период. Если рассмотреть граничный переход Да->0 для режима
прерывистого тока, то значение tj=tf0 будет приблизительно по-
стоянным. Изменение выходной величины обусловлено измене-
нием площади Д£у под кривой тока на отрезке tf0, в свою оче-
редь, зависимым от угла управления.
Если в контуре имеется другой источник напряжения, на-
пример ЭДС двигателя, то изменение Д/у будет определяться
вариацией этой ЭДС в период tfo. На рис. 4.34 построена при-
ближенная структурная схема преобразователя с нагрузкой
в режиме прерывистого тока. На выходе импульсного звена
включен интерполятор с временем выдержки /уо. Благодаря
этому учитывается изменение площади Д/у в течение /уо. Интер-
полятор нормирован так, чтобы его передаточная функция при
и->0 равнялась 1. ЭДС двигателя им изменяется обычно так
медленно, что ее можно считать приблизительно постоянной
в течение периода /уо. Более точное значение Дим получается,
если определять его в середине периода /у0, что учитывается
с помощью звена чистого запаздывания ept^2.
Расчет параметров структурной схемы производится на ос-
новании уравнения для мгновенных значений выходного напря-
197

Рис. 4.33. Изменение тока р-пульс-
ного преобразователя в режиме
прерывистого тока
Рис. 4.34. Структурная схема вен-
тильного преобразователя с нагруз-
кой в режиме прерывистого тока
жения, которое не зависит от числа пульсов в период протека-
ния тока (см. рис. 3.11):
Uj—Uf^ = iR-]-L——,	(4.85)
at
где Ud = U sin (at+$)—мгновенное значение выходного напря-
жения преобразователя; U — максимальное значение напряже-
ния; R, L — суммарное активное сопротивление и индуктив-
ность контура.
После интегрирования на участке проводимости тока
—
получим площадь, ограниченную пульсом тока,
ifR = U (cos —cos б-2)—им (б-2—#1),	(4.86)
где им — среднее значение ЭДС двигателя в течение рассма-
триваемого пульса тока.
Длительность протекания тока $2—бт, показанная на осно-
вании выражения (3.37) на рис. 3.13, может быть определена
в рабочем диапазоне 45°^ф^85° и (0.. .0,2) <им/^< (0,6...
.. .0,8) с помощью приближенного выражения
Ф2= 180°— arcsin им -|—— (180°— arcsin-^----б-Л. (4.87)
U 90° V,	U )
С помощью (4.86) и (4.87) можно рассчитать коэффициенты
усиления VLa и Vli; для малых отклонений от рабочей точки.
Характерные значения их представлены на рис. 4.35 и 4.36.
Коэффициент I/ia является существенным для расчета пара-
метров контура тока. Он изменяется скачкообразно при пере-
ходе в режим прерывистого тока. Поэтому высокие динамиче-
ские качества контура как в режиме непрерывного, так и в ре-
жиме прерывистого тока можно достичь только с помощью
198

Рис. 4.36. Дифференциальный коэф-
фициент усиления Vlc в режиме пре-
рывистого тока в зависимости от ©i
ф, uM/U
Рис. 4.35. Дифференциальный коэф-
фициент усиления Vra в режиме
прерывистого тока в зависимости
от йч, ф, u.m!U
адаптивного регулирования. Для расчета параметров может
быть использовано соотношение
у ~ 1 — (Ф/9О°)	1 -имЩ	—01
£“~	2,2	0,6	60°
(4.88)
справедливое для 45°сф<85° и О^пм/^^0,8.
199

Рис. 4.37. Типы коротких замыканий в электроприводе постоянного тока
Коэффициент усиления VLe также существенно меньше в ре-
жиме прерывистого тока.
Импульсный характер работы шестипульсных преобразова-
телей, как и в режиме непрерывного тока, часто может не при-
ниматься во внимание, так как частота сигнала fs по сравне-
нию с частотой пульсов fp обычно составляет fs^O,lfp.
Напротив, импульсный характер работы двух- и трехпульс-
ных схем является существенным. Он может вызывать при вы-
соком усилении контура субгармонические колебания с часто-
той fp/2.
4.2.4.	Процессы короткого замыкания. Рассмотрим электро-
привод постоянного тока с трехфазным мостовым вентильным
преобразователем (рис. 4.37). В этой схеме возможны три типа
коротких замыканий:
1.	Короткое замыкание перед сглаживающим дросселем (ко-
роткое замыкание на клеммах, пробой изоляции кабеля).
2.	Короткое замыкание после сглаживающего дросселя (ко-
роткое замыкание на клеммах, пробой изоляции кабеля, круго-
вой огонь на коллекторе). Этот случай соответствует также за-
клиниванию двигателя или подключению работающего преоб-
разователя к невозбужденному двигателю.
3.	Внутреннее короткое замыкание (потеря запирающих
свойств вентилем после перегрузки, короткое замыкание
в /?С-цепи, шунтирующей вентиль, непредвиденное открытие
вентиля).
Процессы, аналогичные короткому замыканию, возникают
также при опрокидывании инвертора.
Короткое замыкание перед сглаживающим дросселем. Если
бы при коротком замыкании на зажимах преобразователя ток
возрастал достаточно медленно, то его конечное значение стало
бы равным
Г= -V2._^l_ =	----,	(4.89)
где Uk — относительное напряжение короткого замыкания сети;
7jv——номинальный постоянный ток, соответствующий линейному
току Уш; Xt = (oLjv — индуктивное сопротивление фазы.
В действительности при внезапном коротком замыкании на-
блюдается существенно больший максимальный ток. При оценке
200

Рис. 4.38. Изменение тока короткого
замыкания
самого неблагоприятного слу-
чая полагают, что короткое
замыкание наступает в мо-
мент перехода фазного напря-
жения UR через нуль. При
полном коротком замыкании
можно рассчитывать фазные
токи независимо друг от друга.
Ток короткого замыкания фазы
ным падением напряжения на сопротивлении RN будет равен
, at Л
ikA =------f U sin (irfdai —
Кт 6
=-^- (1 —cos ©0 = Ul^~ - (1 —cos ©0;	(4-90)
"у/з
4л =	(1 ~cos
(4.91)
Изменение тока короткого замыкания представлено на
рис. 4.38, откуда видно, что может быть двойная амплитуда
тока //к». При учете сопротивления переходная составляю-
щая тока будет затухать, так что при 7->оо достигается зна-
чение Ikx. Если в контуре короткого замыкания находится оста-
точное сопротивление, то фазные токи зависят друг от друга.
Процессы коммутации должны приниматься во внимание. Для
решения этой общей задачи необходимо применять вычисли-
тельные машины.
Короткое замыкание после сглаживающего дросселя. Изме-
нение тока короткого замыкания определяется параметрами
контура постоянного тока с учетом внутреннего сопротивления
вентильного преобразователя. При этом действительно уравне-
ние (4.46) для UM=0. Если двигатель не входит в коротко-
замкнутый контур, то необходимо также положить 7?м=0, LM=
= 0, и получим
ude^i(Rel + Rei) + Le^-.	(4.92)
at
Коммутационное сопротивление преобразователя посто-
янно только при простой коммутации. При достижении угла
перекрытия ц = 60° в мостовой схеме происходит двойная комму-
тация, что обусловливает иные закономерности. Действитель-
ная картина приближенно описывается характеристикой преоб-
разователя, показанной на рис. 4.39, а. В рабочей области 1,
при i<;0,64Zdfe, в соответствии с (3.4) справедливо выражение
।  	U do______U do^k
е21-	“ 27 N
(4.93)
201

В рабочей области 2, при г>0,64 Idh, будет
п Т/З Udo
КеШ —----".--
2/w
(4.94)
где Idh — длительный ток короткого замыкания при 7?ei = 0; Idk~
~Ikx. Индуктивность Le, в значительной степени определяемая
индуктивностью дросселя LD, существенно зависит от тока
(рис. 4.39,6). Поэтому уравнение (4.92) необходимо интегри-
ровать по участкам с учетом начальных условий. В зависи-
мости от намагниченности дросселя в момент короткого замы-
кания может наблюдаться запаздывание порядка нескольких
миллисекунд, когда ток возрастает незначительно. Для точного
расчета короткого замыкания с учетом процессов в преобразо-
вателе и насыщения дросселей необходимо применение ЭВМ.
Внутреннее короткое замыкание. Наиболее неблагоприятные
обстоятельства складываются, если вентиль (тиристор VS1 на
рис. 4.37) теряет свои запирающие свойства во время проводи-
мости тока, например, вследствие термической перегрузки.
После окончания интервала проводимости ток начинает проте-
кать в обратном направлении. Он течет сперва как двухфаз-
ный ток короткого замыкания через поврежденный тиристор
VS1 и открывшийся тиристор VS2. Его максимальное значение
можно оценить по формуле
/и=1/172'/(2Хг).	(4.95)
Дальнейшее изменение тока включает в себя коммутацион-
ные процессы и может быть рассчитано на ЭВМ. На рис. 4.40
показано изменение токов для типич-
ного случая.
Защита от коротких замыканий.
Задачей защитного устройства явля-
ется предотвращение недопустимых
Область	Индуктивность Le^LD	Сопротивление
1 2 3	.	ldo + ldn LD1	2 ,	LDN + LDk LD2-	2 LD3 = LDk	Пренебрежимо мало Re = %el + «е2ц
Рис. 4.39. Характеристики преобразователя fa)
и сглаживающего дросселя (б) при коротком
замыкании
202

томат постоянного тока
2, токоограничение или защита путем блокировки импульсов 3
и силовой автомат 4 на стороне переменного тока (рис. 4.41). По-
скольку аварийные процессы чаще всего развиваются за время,
меньшее 10 мс, то граничный интеграл нагрузки вентилей дол-
жен быть положен в основу при расчете параметров защитного
устройства. Предохранители срабатывают после того, как инте-
грал тока предохранителя J i2dt достигнет интеграла плав-
ления Is. При этом возникает на короткое время дуга с при-
мерно постоянным напряжением UB^kBU1-^2, где kB = 1,1... 1,3.
Вследствие большого падения напряжения в дуге ток короткого
замыкания затухает в течение 3—5 мс. Предохранитель защи-
щает вентиль в том случае, если общий интеграл 70 = f i^dt
t
вплоть до прерывания тока будет меньше, чем граничный ин-
теграл нагрузки вентиля (рис. 4.42).
При правильном расчете предохранители должны защищать
вентили от внешних и внутренних коротких замыканий. При
параллельном соединении вентилей предохранители отключают
поврежденные тиристоры. Чтобы избежать частой замены пре-
дохранителей, что всегда связано с перерывом в работе при-
вода, необходимо предусматривать дополнительные устройства,
защищающие от довольно частых коротких замыканий после
сглаживающего дросселя и работающие селективно с предо-
хранителями. В установках большой мощности вводятся быст-
родействующие автоматы постоянного тока. Токоограничение
и защита путем блокировки импульсов (применяемая только
при выпрямительном режиме работы преобразователя) осуще-
ствляют защиту от внешних коротких замыканий после дрос-
селя. Силовой автомат на стороне переменного тока произво-
дит окончательное отключение установки. Подобные автоматы
вследствие их относительно большой инерционности еще не спо-
собны полностью выполнять функции защиты.
4.2.5. Процессы выключения. Процессы выключения конту-
ров с индуктивными элементами, а также сильные изменения
тока связаны с перенапряжениями, которые могут достигать
недопустимых значений и поэтому должны устраняться с по-
мощью соответствующих устройств. Коммутационные перена-
пряжения являются в общем более опасными по сравнению
203

Ld Rd ®
Рис. 4.42. Изменение
тока короткого замыка-
ния
Область,	заштрихованная
косыми линиями, — интеграл
плавления область, за-
штрихованная горизонталь-
ными линиями,—общий ин-
теграл Iq
Рис. 4.41. Элементы защиты от коротких замы-
каний в электроприводе постоянного тока
СУ — система управления
с внешними перенапряжениями (атмосферные разряды, замы-
кания на землю). Необходимо различать:
1.	Отключение тока в индуктивных цепях с помощью быст-
родействующего автомата постоянного тока или выключателя
на стороне переменного тока.
2.	Отключение ненагруженного трансформатора как небла-
гоприятный случай отключения привода на первичной стороне.
3.	Отключение нагрузки трансформатора на стороне посто-
янного тока.
4.	Несимметричные процессы отключения из-за срабатыва-
ния предохранителей.
5.	Внутренние процессы отключения в преобразователе при
коммутации вентилей.
Ниже рассмотрен расчет некоторых характерных случаев.
Учет характеристик дуги выключателя и нелинейностей индук-
тивных элементов, а также потерь намагничивания трансфор-
матора, влияющих на процессы отключения оборудования, воз-
можен с помощью ЭВМ.
Отключение тока в цепях с индуктивными элементами. Рас-
смотрим цепь якоря или возбуждения двигателя, питающуюся
от вентильного преобразователя (рис. 4.43). Чтобы избежать
недопустимых перенапряжений при отключении выключателей
S1 или S2, необходимо обеспечить дальнейшее протекание тока
через дроссель Lf и постепенное затухание его магнитного поля.
Такая возможность существует при отключении выключателя
S1, если преобразователь содержит шунтирующий диод (а)
или управляется так, что ток может течь дальше. Если же
цепь нагрузки отключается с помощью выключателя S2, то не-
обходимо создать соответствующий контур тока. В случае одно-
204

Рис. 4.43. Элементы защиты
индуктивной цепи
направленного протекания
тока через дроссель Lf
целесообразно применить
резистивно-диодную цепь
(б). В противном случае
используют нелинейные сопротивления, селеновые разрядники
(U-диоды) (s) или /?С-цепочки (г).
При расчете параметров защитных элементов исходят из
максимально допустимого напряжения и начального значения
тока через дроссель в момент отключения. Следует учитывать
также допустимые напряжения блокировки преобразователя и
дуги выключателя S2.
Отключение непогруженного трансформатора от сети. На-
копленная полем трансформатора магнитная энергия высвобож-
дается при его отключении от сети. В то время как при нагру-
женном трансформаторе эта энергия гасится в цепи нагрузки,
здесь это невозможно; следовательно, для ограничения пере-
напряжений необходимо применить шунтирующие /?С-цепи
(рис. 4.44).
При расчете параметров рассматривают сперва однофазную
схему или одну фазу трехфазной установки (рис. 4.44, а). Са-
мым неблагоприятным моментом отключения будет момент про-
хождения переменного напряжения через нуль, когда ток на-
магничивания трансформатора достигает максимального зна-
чения
^*0 шах — U^2lXh,	(4.96)
где Xh = aLh — основное индуктивное сопротивление трансфор-
матора.
Конденсатор Съ выбирается так, чтобы он мог воспринять
магнитную энергию, обусловленную током iomax, при опреде-
ленном превышении напряжения, учитываемом коэффициентом
k, по сравнению с номинальным напряжением. В зависимости
205

Элементы защиты
Рис. 4.45. Отключение нагрузки
от свойств примененных вентилей значе-
ние fe~l,5. Резистор 7?6 служит для
демпфирования процессов в контуре, об-
разованном Lh и Сь-
трехфазного трансформатора включаются
чаще всего в треугольник. Рациональными значениями парамет-
ров являются
Ябд = ЗТ?бА; СЬд = — СЬк.	(4.97)
3
Защитные элементы нередко подключают через диодный
мост, что обеспечивает разгрузку от стационарного переменного
тока. Могут быть применены также нелинейные сопротивления,
в особенности селеновые разрядники.
Отключение нагрузки. При отключении нагрузки на сто-
роне постоянного тока возникают перенапряжения, обусловлен-
ные магнитной энергией, накопленной трансформатором или
токоограничивающими реакторами (рис. 4.45). Наиболее не-
благоприятным является случай отключения нагрузки в момент
максимума переменного тока. Защитные элементы трансфор-
матора должны быть рассчитаны таким образом, чтобы они
могли рассеять эту энергию. Поскольку конденсатор Сь уже
выбран исходя из процессов отключения ненагруженного транс-
форматора, то сопротивление Рь рассчитывают так, чтобы в ко-
лебательном контуре, образованном La (или LK) и Сь, обеспе-
чивались апериодические переходные процессы.
4.3. ДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
В ЭЛЕКТРОПРИВОДАХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
4.3.1. Математические модели асинхронного двигателя. Со-
стояние многофазной машины переменного тока в стационар-
ном и переходном режимах описывается потокосцеплениями об-
моток статора ф.ч и ротора фь а также угловой скоростью ро-
тора и. Потокосцепления являются направленными величинами,
вращающимися в плоскости, перпендикулярной оси двигателя.
Если считать эту плоскость комплексной, то потокосцепления
могут быть представлены векторами [4.41]. Эти векторы непо-
средственно связаны с векторами токов статора и ротора:
= t'sEs 4-	фх = iiL-i + isLm. (4-98; 4.99)
Каждый вектор тока и пропорциональный ему вектор потока
равен геометрической сумме компонент, образуемых в отдель-
ных фазах. Для трехфазной обмотки, оси которой смещены
в пространстве на 120°, результирующий вектор тока будет
+	(4.100)
Q
206

Изложенная методика применима непосредственно к линей-
ным, симметричным машинам с синусоидальным распределе-
нием потока, питающимся от симметричной сети с синусоидаль-
ными напряжениями и токами. Путем определенного расши-
рения математического описания могут быть учтены такие
факторы, как несимметрия поля, высшие гармоники, перемен-
ные параметры.
В координатной системе, вращающейся относительно оси
обмотки с угловой скоростью соь, для каждой трехфазной об-
мотки справедливо уравнение (см. табл. 3.1)
=	+	+	(4.101)
—	at —
где индексом k у символов векторов обозначена выбранная
координатная система.
В часто применяемой координатной системе, вращающейся
синхронно с частотой статора, можно записать следующее урав-
нение напряжений для статора двигателя:
dtbc
us=isRs-\—=-- + /cm|)s;	(4.102)
-	- dt —
соответственно для ротора
dib,
«1 = iiRi + ~~ + ] ©14’1-	(4- ЮЗ)
-	at —
Мощность одной фазы двигателя
Р = -|-Re {m*},	(4.104)
где символ * обозначает комплексно-сопряженный вектор.
Момент двигателя соответственно будет
О	о
m=-|-fesIin {4y;jzp= -yMm {ф£} zp, (4.105)
где zp — число пар полюсов машины.
Уравнения (4.98) — (4.105) полностью описывают поведение
асинхронного двигателя. Потери на перемагничивание, а также
на вихревые токи здесь не учтены. Для описания динамики
207

Рис. 4.47. Полная структурная схема асинхронного двигателя, управляемого
напряжением
с помощью структурной схемы все векторы разлагают на ска-
лярные компоненты:
g^ga + jgfi-
На рис. 4.47 приведена полная структурная схема с вход-
ными величинами usa, usfi, mw, со® и выходными tsa, isp, со.
Она представляет асинхронную машину как сложную нелиней-
ную систему с шестью мультипликаторами и несколькими ин-
тегральными звеньями.
Чтобы асинхронная машина как объект управления ис-
пользовалась наиболее рационально, необходимо создать с по-
мощью внешних регулирующих устройств такие взаимосвязи
между входными величинами, которые обеспечивали бы наи-
меньшее изменение сигналов интеграторов. Благодаря этому
получается существенное упрощение структурной схемы. Даль-
нейшие упрощения возможны, если область адекватности струк-
турной схемы ограничить перегрузочной способностью сило-
вого преобразователя. Как правило, достаточно учитывать
только линейную часть механической характеристики двига-
теля.
Асинхронный двигатель, управляемый напряжением при по-
стоянстве потокосцепления статора. Входными величинами уп-
равляемого напряжением асинхронного двигателя являются
208

напряжение us и частота вращения и8 поля статора. При посто-
янстве us и (os входными величинами могут считаться напряже-
ние ротора щ и его частота соь Момент сопротивления
механизма mw также может рассматриваться как входная ко-
ордината. Выходными величинами служат ток ротора й или
ток статора is и угловая скорость двигателя со. В режиме по-
стоянства м5 и cos потокосцепление статора практически
постоянно. При работе двигателя с переменной частотой сети
(Os следует управлять напряжением статора таким образом,
чтобы потокосцепление поддерживалось постоянным. Постоян-
ство потокосцепления означает, что в статоре отсутствуют
уравнительные процессы и, следовательно, имеются благопри-
ятные условия для динамических режимов. При соблюдении
этого закона управления имеем
dib.
-^- = 0 = Ms—/costys—isRs.	(4.106)
at	—	—	-
Поскольку активное сопротивление обмотки статора Rs ока-
зывает незначительное влияние на поведение машины, то им
при дальнейших расчетах можно пренебречь. При этом закон
управления упрощается и станет
us = jastys.	(4.107)
При направлении вектора напряжения статора по вещест-
венной оси получим
Us = «tct=—MV, tysa = 0.	(4.108)
С учетом
. ,	— i,Lm	,
Фх = йМ + Lm -1 т = Ms +	(4.109)
Ls
где L/ = Li—Ьт2Щ — суммарная индуктивность рассеяния ма-
шины; ks = Lm!Ls — коэффициент связи, получится уравнение
напряжений роторной цепи в виде
«1=йЯ1+Ь1 -^- + /(®s —o)Ms + /(®s —®) «1^1- (4.110)
—	-	dt	—
Если исключить из рассмотрения сравнительно редкий слу-
чай— машину двойного питания, то можно полагать, что до-
бавочное напряжение ротора щ находится в противофазе с то-
ком й, т. е.
Mi =—zip	(4.111)
Это справедливо как в случае введения активного сопротив-
ления в ротор, так и для асинхронного вентильного каскада,
поскольку выпрямитель в роторной цепи передает только ак-
тивную мощность. С учетом рационального выбора параметров
209

установки можно считать, что двигатель работает на линейной
части своей характеристики. При этом действительно соотно-
шение
(«s- й)2а;2«( +
(4.112)
так что ток ротора практически является активным током. Из
уравнения (4.110) с учетом (4.108) следует
«ia = ftaRi+L; -^- + -^^-ksusa. (4.113)
dt	CDs
Уравнение момента примет вид
m = - A ksZp ila =	+ J ,	(4.114)
2	<»s	at zp
где co = cos—coi — угловая скорость двигателя при гр=1. По
аналогии с электроприводом постоянного тока введем следую-
щие базовые величины:
Usn, Qsn — номинальные напряжение и частота статора;
4rs№^SJV/C2sN — номинальное потокосцепление статора;
I\h = ksUsNlR\ — ток короткого замыкания ротора (дейст-
вующий ток);
3	k2U2	2МК
Mk = — zp--------=--------момент короткого замыкания
2	fisjy/?! S/^
при номинальных условиях.
Нормированные уравнения будут
—=----------^(1 + рт;) + ^Us^.	(4.115)
ksUsN	Ilk	®sN ®s UsN
=	--f-рт ,	(4.116)
Mk Ilk U sN ®sN Mk	&sN
^SN WeQt .
где —----------—=1— в соответствии с законом управления
(В UsN
(4.107); ti'=Li7fti — электромагнитная постоянная времени
ротора; тм=/Йо/Л4й—механическая постоянная времени двига-
теля.
На основе полученной линейной системы уравнений на
рис. 4.48 построена нормированная структурная схема асин-
хронного двигателя. Нетрудно заметить ее аналогию со струк-
турной схемой электродвигателя постоянного тока. На основе
полученной структуры могут быть исследованы процессы в элек-
троприводе при переменной нагрузке, при управлении часто-
той вращения двигателя с помощью изменения частоты
статора или напряжения, вводимого в ротор, при условии по-
стоянства потокосцепления статора и работы двигателя на ли-
нейном участке механической характеристики.
210

Рис. 4.48. Структурная схема
асинхронного двигателя, управ-
ляемого напряжением при по-
стоянстве потокосцепления ста-
тора

В диапазоне низких ча-
стот активное сопротивле-
ние статора становится су-
щественным. Из выражения
(4.106) следует более сложный закон для постоянства потоко-
сцепления статора. Ведущее напряжение получается как гео-
метрическая сумма составляющих, одна из которых пропор-
циональна частоте статора, а другая — току статора. На осно-
вании этого закона могут быть построены реверсивные при-
воды.
Асинхронный двигатель, управляемый напряжением при
переменном потокосцеплении статора. При постоянстве ча-
стоты и изменении напряжения, подводимого к двигателю, из-
меняется потокосцепление статора. Рис. 4.47 иллюстрирует
обусловленную этим взаимосвязь процессов по осям а и $ и
возможность возникновения колебаний, демпфируемых лишь
за счет сопротивления статора и неучтенных здесь потерь в же-
лезе. Колебания характеризуются передаточной функцией
1 +
Q|ts2
(4.117)
где
: г " /	L2 \
Ts= —(1---------^-).
Rs k	LrLs )
Практически приемлемые способы регулирования могут
быть осуществлены при двух условиях:
1. Для двигателей мощностью Р>1 кВт вследствие мало-
сти сопротивления статора можно приближенно представить
колебательное звено в виде
/	1	n2 \ — 1
с собственной частотой, равной Qs. Чтобы процесс регулиро-
вания не был подвержен влиянию Qs, максимально возможная
частота сигнала должна быть
СОсигн 0,25Qg.
Частота среза контура регулирования составит
cod < 75 с-1.
(4.119)
211

2. Для двигателей очень малой мощности (Р<0,05 кВт),
в особенности для асинхронных серводвигателей, действительно
соотношение
fisT? « 1,
и колебательное звено станет апериодическим:
(14-2рт' + р2т'2)-1.	(4.120)
В данном случае допустимы более высокие частоты сиг-
налов.
Указанные условия означают, что напряжения, индуциро-
ванные в статоре и роторе трансформаторным путем, остаются
неучтенными по сравнению с напряжениями, индуцированными
за счет вращения, а также по сравнению с активными паде-
ниями напряжения. Уравнение напряжений ротора упрощается
по сравнению с (4.103) и принимает вид
Ui= 1'17?14-/<й1Ф1==£1^14~/<й1	(4.121)
причем при достаточно большом сопротивлении цепи ротора
Уравнение напряжений статора также упрощается по срав-
нению с (4.102):
/ Mr LL„ \
Us — i$Rs 4_/®s4,s= «SI ----I -b(4.122)
причем (^S/Ls)2<^ (ijLm/Ls)2.
В результате для линейной части характеристики двига-
теля получим
<01fes )
<os«i
(4.123)
что соответствует квазистационарному описанию двигателя на
основе упрощенной схемы замещения. Если направить вектор
напряжения статора по вещественной оси, т. е. Us=uSa, и^ = 0,
то уравнение (4.123) станет скалярным. Нормируя, получим
При (Bs = QsW
=	+	(4Д24)
UsN ®sN Ilk \ R1 ®sN J ksUsN
Если рассматривать малые отклонения от рабочей точки,
характеризующейся отношениями Us/Usn, Qi/Qsjv, Л/Лй, то
имеем линейное уравнение
Usa,	Qi । <>!	U s
U sN	®sN UsN
__ 1'lg f j	A |	1 £2 Rs	| Mloc
/ife \	R1 ®sN / Ilk R1 ®sN kSUsN
(4.125)
212

Рис. 4.49. Структурные схемы асинхронного двигателя, управляемого напря-
жением при переменном потокосцеплении статора, при пренебрежении
электромагнитными переходными процессами: а — полная схема; б—упро-
щенная схема при /?8=0
При одинаковых предпосылках из (4.114) следует норми-
рованное уравнение моментов
+ (4126)
Л4* UsN Ilk Ilk USN Mk	&sN
С учетом coi/Qsjv =—co/Qsw получится структурная схема,
приведенная на рис. 4.49, а. Для электроприводов относительно
большой мощности, работающих с искусственно увеличенным
сопротивлением ротора 7?ь можно принять /?s~0. При
и с учетом Qi/QSJv = 5, Us/UsN = z> Ii/Iik=eS получим струк-
турную схему, показанную на рис. 4.49, б. Изменение норми-
рованного тока ротора Ьа/Ль идентично изменению нормиро-
ванного тока статора i3lIsh-
Асинхронный двигатель, управляемый током при постоян-
стве потокосцепления ротора. Входной величиной асинхрон-
ного двигателя в данном случае является ток статора is, зада-
ваемый двигателю с помощью соответствующего источника
тока. Входной величиной считается и момент сопротивления
mw. Выходными величинами являются угловая скорость дви-
гателя со и напряжение статора us. Ротор считается коротко-
замкнутым, т. е. Ui,=0. Если поддерживать постоянство пото-
косцепления ротора, то электромагнитная инерционность дви-
гателя будет отсутствовать. Уравнение момента
ш = —ki Im рМ’} Zp	(4.127)
показывает, что при ф1 = const момент и ток статора изменя-
ются синхронно. Постоянство потокосцепления ротора реализу-
ется при соблюдении закона
dib,
-^- = 0 = i1T?1+/co1i|51,	(4.128)
что с учетом выражения (4.99) дает
(4.129)
\Ь1	/ L\
213

Следовательно, необходимо осуществить взаимосвязь между
током статора is и частотой ротора coi в соответствии с урав-
нением (4.129). По аналогии с управлением напряжением при
постоянстве потокосцепления статора напра^м вектор потоко-
сцепления ротора по мнимой оси:
Ч’1а==0-	(4.130)
С учетом
L's = Ls — L2mILi, ki = L>n/Li	(4.131)
получим закон управления в виде
is = isa + jisti = i^-Й-Ор	(4.132)
Следовательно, ток статора состоит из постоянной состав-
ляющей, соответствующей току холостого хода
^ = ^/(^1),	(4.133)
и составляющей, пропорциональной частоте ротора <bi.. Управ-
ление двигателем должно обеспечивать правильное сложение
этих составляющих.
Момент двигателя будет
m = —Mip'saZp = V	ZP-	(4-134)
2	2	Ki
С учетом выражений (4.102) и (4.131) напряжение статора
можно определить в виде
, dis	,
us = isRs4- Ls -=- 4- jcosMi4- JcosisLs- (4.135)
В качестве базовых величин введены:
4flw = ksxVsN = fes^sAr-номинальное потокосцепление ро-
QsJV
тора;
/sfe =	— ^lk~k---Т°К КОРОТКОГО замыкания статора
(действующий ток);
xs'=Ls'/Ri^Ti' — электромагнитная постоянная времени ста-
тора.
В результате нормирования получаем
js _  <01 । j iso .
i sk	®sN i sk
(4.136)
mw _____ <0i
Mt
mw
Mk
4-ртм
<0
(4.137)
us
UsN
R s^s^s
Rikii sk
:	<0s
QsjyTs
)+/-^
is ks
1л ki
Kks 4-
(4.138)
2t4

mw
Рис. 4.50. Структурная схема асинхронного
двигателя, управляемого током при постоян-
стве потокосцепления ротора
«s — составляющая и$ в направлении тока ста-
тора; us — составляющая us, перпендикулярная
току статора
Рис. 4.51. Направле-
ние d- и <?-осей
На рис. 4.50 приведена структурная схема, действительная
для малых отклонений переменных. Она характеризует высо-
кую динамичность асинхронного двигателя, управляемого то-
ком, что позволяет строить быстродействующие электропри-
воды. При этом следует уделять особое внимание соблюдению
закона управления (4.129).
4.3.2. Математические модели синхронного двигателя. Син-
хронный двигатель может быть описан аналогично асинхрон-
ному двигателю в синхронно вращающейся координатной си-
стеме следующими уравнениями (см. табл. 3.1):
м
Us = i SRS Ч—=7- +1	(4. Ю2а)
—	-	at	—
dtfb
= i	;	(4.103a)
—	~ dt
p = -|-Re {wi*};	(4.104a)
m = ks Im {4’SH} zp =----1- kr Im zp. (4.105a)
Поскольку ротор синхронной машины имеет направленное
магнитное поле, совпадающее по направлению с осью обмотки
возбуждения, то целесообразно «привязать» координатную си-
стему к ротору и в соответствии с рис. 4.51 разложить комп-
215

лексные векторы на составляющую в направлении обмотки
возбуждения (d-ось) и составляющую, перпендикулярную этому
направлению (</-ось), в частности
4= hd
Напряжение и потокосцепление ротора существуют только
в направлении d-оси, т. е. Ф1=фнг; ф1д = 0.
При разложении на составляющие уравнения принимают
вид
uSd = hdRs + ^-^sq-,	=	+	+	<4-139)
=	+	(4.140)
at
ipsd = tsdLsd	Фгд = isqLgqt	(4.141)
’’I’ld = hd^ld + isdLmd", ==	(4-142)
Вследствие магнитной несимметрии ротора
Lsq « Lsd-,
m = у- Mw Vp =	k^iidZp =
= mw + J^-±-.	(4.143)
dt Zp
Поскольку координатная система привязана к ротору, то
всегда <bs=®,‘ ®i = 0. На основании уравнений (4.139) — (4.143)
на рис. 4.52 построена структурная схема, показывающая, что
синхронная машина является нелинейной системой. Данная
схема описывает идеальную машину, она не учитывает наличие
демпферной обмотки и зависимость параметров от рабочей
точки. В действительности же демпферная обмотка сущест-
венно влияет на механические колебания машины с внешним
возбуждением, подключенной к жесткой сети. Это влияние
можно учесть с достаточной точностью, если к моменту дви-
гателя добавить асинхронный момент, образуемый действием
демпферной обмотки. Параметры двигателя следует опреде-
лять для конкретных условий.
Как и у асинхронных машин, системы регулирования не-
обходимо строить так, чтобы в наименьшей степени воздейство-
вать на накопители энергии. Различие между синхронными
машинами с внешним и внутренним управлением существенно.
Синхронный двигатель с внешним управлением, питаемый
от жесткой сети. Двигатель с внешним управлением характе-
ризуется тем, что угол между векторами напряжения статора
216

Рис. 4.52. Структурная схема синхронного двигателя без демпферной
обмотки
и полюсной осью, т. е. полюсный угол $ является переменным.
Напряжение статора описывается уравнениями:
usd = sin 'в1; lls4 = £7$ cos ft,	(4.144)
где Us — номинальное напряжение сети.
Так как двигатель работает с частотой вращения, близкой
к номинальной, то можно пренебречь составляющей напряже-
ния, индуцированной трансформаторным путем, по сравнению
с составляющей, индуцированной вследствие вращения. Пре-
небрежем также сопротивлением статора. Тогда уравнения
статора будут
= — «‘s'M’sq = Us sin fl; usg = cosi|)sd = Us cos fl. (4.145; 4.146)
Синхронная машина с возбуждением от источника напря-
жения работает при изменениях нагрузки с приблизительно
постоянным потокосцеплением ротора т. е.
=	(4.147)
dt
При этом с учетом выражений (4.98) и (4.99) получим
^sd =	%=isA<7‘. (4-148; 4.149)
t/scosfl = ©s(fe14fld + isdLSd); t7ssin#= — asisgLsg. (4.150; 4.151)
Момент двигателя на основании (4.105) будет
т=	(4.i52)
2	L>sq(i)s
217

Ток возбуждения двигателя поддерживается неизменным
с помощью АСР. В этом случае действительны следующие урав-
нения:
Ф1</ = Lldild + LmiSd',	(4-153)
Ф-sd ~ Lsdisd “I-	Ipsg LSqlSqt (4.154 , 4.155)
Utcos^=&t(Lsdild+Lmdildy, <7ssin0' = —&sLsqisq-, (4.156; 4.157)
m = - 4- ksild \zp.	(4.158)
2	<os
По аналогии с математическим описанием асинхронного
двигателя введем следующие базовые величины:
UsN, &sn — номинальные напряжение и частота статора;
IsN = USN/Lsd£lsif — ток холостого хода невозбужденной ма-
шины;
Чгш= USN/(QsNki)—номинальное потокосцепление ротора;
/1 Jv = Tri N/Lgd=ISNlki — номинальный ток ротора;
з
Мы = — ky¥1NIsNzp— критический момент при постоянном
потокосцеплении ротора;
rM=J&sN/MkdZp — механическая постоянная времени.
При Us~UsN- нормированные и линеаризованные уравнения
будут:
при постоянстве потокосцепления ротора
Am	/ n.n . а Aw \ Атте- . Aw
-----=-----— | cos ФАФ — sin ft---| =----— + prM------;
Mkd ^1N \	PsW Z Alfed	Qsw
(4.159)
при постоянстве тока ротора
Аот— = —fcos —sjn $	---sin О' =
Alfed	^1N \	®sN	J I IN
&mw	.	Aw
=—r.-----гр^м——;
Al fed	UsN
= cos ОАО; Дц-8-? — — sin ОАО;
UsN	UsN
&isq   Ausd	I sq	A CO
Aw	UsN	IsN ®sN
№sd ^U-sq &ildks	^sd~\~ kslid A<0
IsN UsN IsN	IsN ®sN
На основании полученных уравнений на рис. 4.53 построены
структурные схемы. Они учитывают взаимосвязь между угло-
вой скоростью и полюсным углом
Аса 1 с®
^sN
(4.160)
(4.161)
(4.162)
(4.163)
(4.164)
218

Рис. 4.53. Структурные схемы синхронного двигателя с внешним управле-
нием при питании от жесткой сети: а — постоянство потокосцепления ро-
тора; б — постоянство тока ротора
а также асинхронную составляющую момента, обусловленную
действием демпферной обмотки,
=	(4,165)
Л4 kd	&sN
которая добавляется к моменту идеальной машины. Структур-
ные схемы характеризуют синхронный двигатель как колеба-
тельное звено, демпфированное в значительной степени момен-
том демпферной обмотки. Вследствие действия неучтенных здесь
напряжений, индуцированных трансформаторным путем, на-
блюдается возрастание синхронизирующего момента при до-
статочно быстрых изменениях величин. На основании этих
219

Рис. 4.54. Векторные диаграммы самоуправляемого синхронного двигателя:
а — двигатель, управляемый напряжением; 7?3=0; 1В9~0; б — двигатель, уп-
равляемый током; 7?з = 0; LsqfvL'sd
схем могут быть получены передаточные функции, необходи-
мые для построения АСР тока возбуждения или реактивной
мощности.
Самоуправляемый синхронный двигатель. Полюсный дат-
чик положения синхронных двигателей с внутренним управ-
лением (самоуправлением) определяет ориентацию векторов
статорных величин по отношению к нему независимо от ча-
стоты вращения и нагрузки двигателя (см. п. 3.7.1). У двига-
телей, управляемых напряжением, угол между векторами ста-
торного напряжения и напряжения датчика, т. е. полюсный
угол -О (угол поворота ротора), задан жестко (рис. 4.54,а).
Оптимальный режим получается при О ~0, что приближенно
реализуется при Lsq^LS(i. Входными величинами системы явля-
ются амплитуда напряжения статора us и момент сопротивле-
ния mw. Поскольку 6’ = const, то ю = о),5. При исследовании ди-
намических процессов потокосцепление ротора считается посто-
янным, т. е. ф] <z = 4ri <?; ф)(г = 0. Тогда уравнения двигателя будут
Usd = 0 = fs(i7?s + -^—	(4.166)
at
Usq = hqRs +	1	(4- ^7)
=	+ ^sq^isqLs’, (4.168; 4.169)
m^^-k^uisq2p^mw + J^-—.	(4.170)
2	at Zp
Результирующее уравнение напряжений получится при пре-
небрежении составляющей по d-оси, индуцированной трансфор-
маторным путем,
Us = iSqRs^+^qP+^s<n:sq) + ^sk^ld.	(4.171)
220

mw
Рис. 4.55. Упрощенная структурная схема самоуправляемого напряжением
синхронного двигателя
После нормирования и перехода к малым отклонениям
имеем
Msq Rs
Ь РЪЧ + (~~ J
\ UsN '
Isq	Rs
Acos
UsN IsN LgrfQsN
X + 2	4^- —%— HswtX,;
IsN Lsd^sN
tn __ isq = rnw	____
44 kd	^1N IsN Mkd M &sN
где т =L /R- t'. — L'j/R
n sq sq' 's’ sd sd1 s'
При QsTsg<Cl и Q.sTsd <1 справедлива упрощенная
ная схема (рис. 4.55), показывающая аналогию между само-
управляемой синхронной машиной и машиной постоянного тока.
У синхронных двигателей, управляемых током, угол между
векторами статорного тока и напряжения полюсного дат-
чика, т. е. угол х, задан однозначно (рис. 4.54, б). С уче-
том перекрытия токов в инверторе угол х составляет около
60°. Входными величинами системы являются амплитуда тока
статора is, iSq = isCos%; isd = —i’ssin х и момент сопротивления
mw. Так как x = const, то <b = cos. Потокосцепление ротора счи-
тается постоянным. Момент двигателя рассчитывается исходя
из входных величин по формуле
/и = -|- к^1$чгр = tnw + J	—L
2,	dt Zp
Составляющие напряжения статора, играющие здесь роль
выходных величин, получаются из уравнений (4.139)
^sd tsdRs~\~ Lsd ~~ ('\isqL$qi
dt
<os
Usq = isqRs + Lsq-^ + ®s (^и + isdLsd) •
ГДе £. sd— Lsd L^md/^l d>
(4.172)
(4.173)
структур-
(4.174)
и (4.140):
(4.175)
(4.176)
22f

mw
Mu
Рис. 4.56. Структурная схема самоуправляемого током синхронного двига-
теля
После нормирования и перехода к малым отклонениям
имеем
	-^-=-^14—“s_;	(4.177) Мм V1Ar IsN	MU ‘	Qsn
UsN	=4^ тк~ (1+px'^ - ^r~ ir~ -т~	’ *sN Lsd**sN	* sN *&sN	‘sN ^sN (4.178)
Aks<? UsN	=		(1+pr+	—+ —-x IsN LsdQsN	q QsN v ¥1JV IsN +	(4.179) Lsd /	IsN ®sN ^sd
Где Tsg — Lsq/Rsi Т sd— 7. sd/Rs>
Уравнениям (4.177) — (4.179) соответствует структурная
схема (рис. 4.56), которая вследствие Ahs~Ahsq и L'sd/T-sd^l
может быть существенно упрощена (изображена жирными ли-
ниями). Характеристики синхронного двигателя, управляемого
током, также аналогичны характеристикам машины постоян-
ного тока.
При более точных исследованиях самоуправляемых синхрон-
ных двигателей необходимо учитывать, что полюсный угол &
машин, управляемых напряжением, вследствие Lsq>0 отличен
от нуля и зависит от нагрузки. У машин, управляемых током,
вследствие перекрытия токов инвертора также получается оп-
ределенная зависимость угла х от нагрузки. Однако это незна-
чительно отражается на свойствах самоуправляемых двига-
телей.
222

Рис. 4.57. Принципиальная
схема управления трехфазным
асинхронным двигателем
/ — сетевой преобразователь; 2 —
инвертор
4	.3.3. Динамические свойства вентильного преобразователя
с промежуточным звеном постоянного тока. Управление трех-
фазным асинхронным двигателем в общем случае может про-
исходить со стороны статора или ротора через вентильный пре-
образователь, связанный с управляемым выпрямителем через
промежуточное звено постоянного тока. На рис. 4.57 представ-
лена соответствующая принципиальная схема. Как управляе-
мый выпрямитель, так и инвертор считаются безынерционными
преобразователями симметричного синусоидального напряжения
в идеальное напряжение постоянного тока или наоборот. Сле-
довательно, их можно охарактеризовать коэффициентом уси-
ления, учитывающим свойства примененной схемы. Для управ-
ляемого выпрямителя
VuN == AueMuw; ViW = Aie/AiN;	(4.180)
для инвертора
Т7	т г	ч г	ч т
или УаЛ1 = —^м=—~ или У/Л1=—
Дпа	Диа	Дга	Дга
(4.181)
где ие, ie — входные координаты; иа, ia — выходные коорди-
наты промежуточного контура постоянного тока.
Сглаживающее звено в контуре служит для развязки уп-
равляемого выпрямителя и инвертора по высокочастотным со-
ставляющим. Оно выполняется в виде /?£-цепи, а при питании
самогасящегося инвертора напряжения — в виде /?АС-цепи.
Для этого звена справедливы следующие уравнения:
+	+	(4.182)
Си
1с = -~-Сг; ia = ie-ic.	(4.183; 4.184)
at
Нормируя напряжения и токи промежуточного контура
при базовых величинах, соответствующих их номинальным зна-
чениям для двигателя, т. е. UaN=USNlVuM: и IN=IsNIViM, по-
лучим уравнения взаимосвязи контура с двигателем:
\uaIUaN = Aws/17sW; \ia/1 ц = &IJI sN.
На основании уравнений (4.182) — (4.184) и с учетом Tz =
= Lz/jRz на рис. 4.58 построены нормированные структурные
схемы промежуточного контура. Безразмерный коэффициент
RzInIUon содержит параметры инвертора. При этом можно
223

Рис. 4.58. Структурные схемы промежуточного контура постоянного тока:
а — выходная координата — ток; б — выходная координата — напряжение
непосредственно состыковать структурные схемы двигателя и
промежуточного контура, если обеспечить при работе инвер-
тора необходимую взаимосвязь между векторами напряжения
и тока двигателя.
Если применяется преобразователь с непосредственной
связью, то схема на рис. 4.57 будет также действительна при
Rz=0, Lz=0, Cz = 0 с учетом результирующего коэффициента
усиления преобразователя. При ые = 0, Cz — 0 эта схема при-
годна для случая введения сопротивления в цепь ротора асин-
хронного двигателя с кольцами.
4	.3.4. Процессы включения и короткого замыкания в элек-
троприводах с асинхронным двигателем. Рассмотрим асинхрон-
ный двигатель, управляемый через тиристорный преобразова-
тель (рис. 4.59, а). При этом возможны следующие характер-
ные случаи включения или короткого замыкания:
1	— симметричное или несимметричное короткое замыкание
на входе двигателя;
2	— включение неподвижного двигателя или его внезапное
торможение (заклинивание механизма);
3	— несимметричное (межвитковое) короткое замыкание
в двигателе.
В первом случае вентили нагружаются сетевым током ко-
роткого замыкания. Анализ этого крайне неблагоприятного слу-
чая может быть выполнен в соответствии с изложенным
в п. 4.2.4. Во втором случае вентили нагружаются током ко-
роткого замыкания двигателя. Если вентильный преобразова-
тель является неуправляемым (тиристорный коммутатор), то
токоограничение с помощью средств регулирования оказыва-
ется невозможным, и вентили должны быть рассчитаны соот-
ветствующим образом. В третьем случае наблюдаются мень-
шие нагрузки вентилей по сравнению со вторым случаем.
Схема на рис. 4.59, б отличается от схемы на рис. 4.59, а тем,
что тиристоры включены в узловой точке статорной обмотки.
Только однополюсное короткое замыкание при заземленной уз-
ловой точке или двухполюсное замыкание обмоток приводят
к нагрузке вентилей сетевым током короткого замыкания.
В других аварийных случаях имеется только ток короткого за-
224

Рис. 4.59. Случаи короткого замыкания в электроприво-
дах с асинхронным двигателем

Рис. 4.60.
Схема за-
мещения
двигателя
в момент
включения
мыкания двигателя. Поскольку этот ток заранее учитывается
при выборе параметров тиристоров, то предохранители в схеме
на рис. 4.59, б могут отсутствовать.
Расчет несимметричных коротких замыканий с учетом осо-
бенностей различных схем возможен с помощью вычислитель-
ных машин. Рассмотрим случай включения двигателя, позво-
ляющий оценить нагрузки по току. Процесс включения проте-
кает так быстро, что ротор может считаться неподвижным.
При этом справедлива схема замещения цепи статора и ро-
тора, показанная на рис. 4.60. В координатной системе s, же-
стко связанной с обмоткой статора, в соответствии с выраже-
нием (4.101) можно записать
№
us = i^+—=	(4.185; 4.186)
где Ls' — индуктивность двигателя, приведенная к статору;
Ls'^L/; R = RS+Rlt или
dis.
“ss=W + L's~	(4.187)
—	-	at
Если записать ту же зависимость в координатной системе
N, вращающейся синхронно с сетью, то по аналогии с (4.102)
получим
di?
+ Ls + W-	(4-188)
поскольку эта координатная система вращается относительно
обмотки статора с угловой скоростью Qs. Вектор сетевого на-
пряжения оказывается при этом неподвижным. После вклю-
чения, т. е. при />0, имеем
uf =	(4.189)
где а — фазовый угол сетевого напряжения относительно оси
обмотки а в момент включения.
8 Заказ № 1446
225

Так как уравнение (4.188) является линейным, то его
можно переписать с помощью преобразования Лапласа в сле-
дующей форме:
0Ja
i (1 + Pt'J +	,	(4.190)
где
т; = Ь;/7?.	(4.191)
Отсюда искомый ток включения будет
ts (р) =	-------------- =
pR 1 + р^\ + iasTi
_____________1________.
^0 + /4<) P/1 + P
\ i + /Чд J
Переход от изображения к оригиналу дает
i* (/)=221_____L— [1 _е-"< О+'чО].
R 1 + /ЧЛ
(4.192)
(4.193)
Для получения реального тока необходимо выражение
(4.193) перевести в координатную систему s, связанную со ста-
торной обмоткой:

(1 + /£2STX)
(4.194)
Отсюда видно, что статорный ток состоит из двух составляю-
щих—квазистационарной синусоидальной и монотонно за-
тухающей. При f->-oo квазистационарная составляющая, пред-
ставляющая собой длительный ток короткого замыкания за-
торможенного двигателя, будет
is (оо) =---t (4.195)
R (1 + /4*1)
•*« f/	x
где /* =--- s	, фй= arctg—-— амплитуда и фаза длитель-
Vr2 + *2 R
ного тока короткого замыкания; Xa = QsTi//?=Qsis/ — индуктив-
ное сопротивление двигателя.
226

Следовательно, ток статора можно определить в виде
iss = Ik [У
вращающаяся	неподвижная
составляющая	затухающая
с постоянной	составляющая
амплитудой
(4.196)
На рис. 4.61 показаны обе составляющие тока в комплексной
плоскости. Вектор тока 4 получается как их геометрическая
сумма. При /=0 ток l^s] =0. При t>Q ток |is| возрастает, до-
стигает максимального значения psmax | >Ik и при t—*~co пере-
ходит к значению Ik- Максимум iss не зависит от (а—<р&), а за-
IQi —t/т'.
висит только от е s —е 1 и может быть рассчитан по вы-
ражению (4.196). Он имеет место в определенное время £тах.
Практический интерес представляет определение максимума
фазных токов, проводимых вентилями. Он зависит как от Qs
и т/, так и от (а—q>k). Максимум тока в фазе а, направленной
по вещественной оси, имеет место относительно (а—<рь) тогда,
когда вектор isN в момент времени t — Лпах расположен в на-
правлении вещественной оси. При этом действительно выра-
жение
(а—фб) Qs^max 4-у = л.
Обычно у~5°, так что приближенно получим
(а—qpft) + Qs^max « л •	(4.197)
Отсюда можно рассчитать самый неблагоприятный фазовый
угол напряжения в момент
включения.
Поскольку параметры дви-
гателя при включении или ко-
ротком замыкании зависят от
вытеснения тока ротора, на-
сыщения и других факторов,
Рис. 4.61. Составляющие статор-
ного тока при включении двига-
теля
Переменная
составляющая
Рис. 4.62. Типовое изменение тока
при включении двигателя
Жирными линиями показаны век-
торы _is в момент t—tmax
8*
227

Рис. 4.63. Отключение двигателя от сети
то расчет максимальных токов является
ориентировочным. На рис. 4.62 показано
типовое изменение фазного тока при
включении двигателя. Максимальное
значение тока для двигателей мощно-
стью 10—20 кВт превосходит амплитуду
номинального тока в 7—8 раз.
4.3.5. Процессы выключения в электроприводах с асинхрон-
ным двигателем. Процессы при отключении асинхронного дви-
гателя от сети определяются потокосцеплением ротора, которое
в первый период поддерживается короткозамкнутой роторной
обмоткой и индуцирует напряжение в статоре (рис. 4.63). На-
пряжение, прерываемое выключателем, в частности тиристор-
ным выключателем, обусловлено наложением сетевого и ин-
дуцированного в статоре напряжений. Из-за этого возникают
перенапряжения. Прежде чем двигатель вновь может быть под-
ключен к сети, следует снизить потокосцепление ротора с целью
предотвращения недопустимых бросков напряжения или тока,
которые могут наблюдаться при неблагоприятных моментах
коммутации.
Последующие соображения касаются анализа статорного на-
пряжения при симметричном отключении двигателя, работаю-
щего в режиме холостого хода. Предполагается, что фаза ком-
мутации, в течение которой еще существует определенная
связь двигателя с сетью через дугу или отдельные токопро-
водящие вентили, достаточно мала (менее 10 мс) и потоко-
сцепление ротора в это время постоянно. В последующий пе-
риод двигатель полностью отключается от сети. Весь процесс
отключения протекает так быстро, что скорость двигателя
(скольжение S) может считаться неизменной.
Перед отключением двигателя существуют следующие на-
чальные условия: ток статора 7si, ток ротора 7ц = 0, потоко-
сцепление статора Tsi, потокосцепление ротора Тц, напряжение
статора US\ = UN, напряжение poTopa_t/n = 0.
В конце отключения ток статора Ts2 = 0. Короткозамкнутая
обмотка ротора стремится поддержать постоянство потока.
В фазе коммутации потокосцепление ротора 4ri2=21rii- После
окончания коммутации оно поддерживается только током ро-
тора, который к этому моменту имеет значение
/12 = ЧГ12/ Lr.
При этом потокосцепление статора составит
1ТГ __	W
IS2 —	"12 •
(4.198)
Характер изменения координат в период коммутации дол-
жен определяться с учетом процессов в дуге или запираемых
228

вентилях. Конечные значения параметров в процессе коммута-
ции являются начальными значениями свободного изменения
величин. В координатной системе, жестко связанной с обмот-
кой ротора, справедливо уравнение
dib,
hRi +	= 0; ifc = LiG,	(4.199)
- at	—	"
решением которого является
(4.200)
где п = Li/Ri — электромагнитная постоянная времени ротора.
При t = 0, т. е. к началу свободного движения, имеем ii =
= й = 712, тогда
=	(4.201)
Уравнение (4.201) показывает, что вектор тока 4 во время
свободного движения связан с обмоткой ротора. Он изменя-
ется только по модулю, затухая экспоненциально.
Проанализируем влияние тока ротора на статор. В коор-
динатной системе ротора действительно выражение
^=412^.
В связанной с обмоткой статора координатной системе а,
вращающейся относительно ротора с угловой скоростью
--®= ---®s(l--S)>
то же потокосцепление статора станет
$ = -hi- W12e~tlx'^.	(4.202)
— Li —
Напряжение статора, обусловленное этим потокосцеплением,
будет
= “- = f - — +	e'ilx^ai.	(4.203)
dt — \	J
Частота этого напряжения соответствует угловой скорости
двигателя со, амплитуда затухает с постоянной времени ть
С учетом
Ч'п =	= Цп1л =	= ks
Lg Jois
уравнение (4.203) станет
uss = kiksUsl Г(1—S)---^-1	(1~S)	•	(4.204)
“	L	j^sLi J
Поскольку Ri/(jQsLt)<^ (1—S), то окончательно получится
= kiksUslr(l—S) e~tlx'e? (1~S)	(4.205)
229

Рис. 4.64. Дифференциальное напряжение
при отключении двигателя от сети. Изобра-
жение в синхронно вращающейся системе
координат
В начале свободного движения, что
приблизительно соответствует началу
отключения, это напряжение совпа-
дает с сетевым напряжением:
М’л/ =	•
_sN ___si
Во время коммутации амплитуда
напряжения снижается в k\ks (1—S)
раз. В последующий период свобод-
ного затухания потокосцепления ро-
тора может наблюдаться значительная
разница относительно напряжения се-
ти, поскольку вектор напряжения статора вращается с угловой
скоростью (1—S)Qs. Эта разница напряжений составит
Aws = ussN—uss=	—Ms (1 — S) e~tlX1e~ISQst] №
или в координатной системе N, вращающейся синхронно
с сетью,
Aun = US1 [1 — Ms (1 — S)	•	(4.206)
При большом значении ti (двигатели относительно боль-
шой мощности) может наблюдаться |Дп|>Usi (рис. 4.64). Со-
ответствующие данные о максимально возможных нагрузках
по напряжению содержатся в табл. 3.7 (см. п. 3.6.2).
ГЛАВА ПЯТАЯ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ
РЕГУЛИРУЕМЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
Исходя из анализа и описания требований, предъявляемых
к системе привода (см. § 2.3), следует установить структуру
системы регулирования (см. § 2.4), спроектировать регулирую-
щее устройство и рассчитать его параметры.
Лишь для маломощных приводов с невысокими требова-
ниями к динамике достаточно управлять одной регулируемой
величиной, в большинстве случаев частотой вращения двига-
теля. Во всех других случаях, чтобы удовлетворить требованиям
точности и высокого качества динамики при одновременном
230

^=<- ограничение сигнала
Рис. 5.1. Параллельное регулирование (а) и подчиненное (каскадное) регу-
лирование (б)
F51/2—бл°ки, составляющие объект регулирования;	регуляторы; (/ — переклю-
чающее устройство
соблюдении требований, касающихся ограничения некоторых
переменных, необходимо согласованное управление несколь-
кими регулируемыми величинами — кроме частоты вращения
двигателя, чаще всего током двигателя, перемещением или
также технологическими параметрами.
Параллельное регулирование двух или нескольких величин
(рис. 5.1, а) требует такого переключения контуров регулиро-
вания, чтобы рабочим контуром всегда являлся контур с боль-
шим отклонением регулируемой величины. При аналоговой об-
работке сигналов переключение происходит с помощью рези-
сторно-диодной цепи, при цифровой обработке — с помощью
логического устройства. Контуры регулирования оптимизиру-
ются независимо друг от друга, особого внимания требуют ди-
намические процессы в непосредственной близости от точки
переключения. В такой схеме оказывается возможным огра-
ничение определенных регулируемых величин за счет ограни-
чения соответствующих задающих сигналов.
Подчиненное, или каскадное, регулирование двух или не-
скольких величин (рис. 5.1, б) основано на том, что внешний
(охватывающий) контур регулирования вырабатывает сигнал
задания для внутреннего (охватываемого) контура. Внутрен-
ний контур является звеном внешнего контура и должен
учитываться при оптимизации последнего. Все контуры регули-
рования постоянно находятся во взаимодействии, переключе-
ния отсутствуют. Ограничение определенных регулируемых ве-
личин здесь также может быть осуществлено путем ограниче-
ния соответствующих задающих сигналов. Применение простых
пропорционально-интегральных регуляторов и удовлетворитель-
231

ная оптимизация контуров регулирования возможны при усло-
вии, если регулируемый объект так разделен на отдельные
блоки, что каждый контур регулирования содержит только
одну большую постоянную времени, которая должна быть
скомпенсирована. Системы автоматического регулирования при-
водов с аналоговой обработкой сигналов в настоящее время
строятся преимущественно по принципу подчиненного регу-
лирования. Этот принцип соответствует иерархической струк-
туре, которая может быть экономически выгодно реализована
на основе унифицированной системы модулей, легко может
быть налажена и допускает дополнение контуров регулирова-
ния, относящихся к приводу, внешними технологическими кон-
турами в соответствии с унифицированной структурой.
Для расчета параметров и оптимизации регуляторов при-
меняются основные методы синтеза систем автоматического ре-
гулирования [5.1—5.8].
5.1.	СТРУКТУРЫ ЛИНЕЙНЫХ НЕПРЕРЫВНЫХ СИСТЕМ
5.1.1.	Электроприводы постоянного тока [5.9—5.13]. Задача
электроприводов постоянного тока состоит в том, чтобы под-
держивать постоянной частоту вращения двигателя или с до-
статочной точностью отслеживать изменение задающей вели-
чины. Одновременно необходимо ограничить ток в цепи якоря
заданным максимальным значением, чтобы исключить недо-
Рис. 5.2. Электропривод постоянного тока с контуром регулирования ча-
стоты вращения и подчиненным контуром тока: а — функциональная схема;
б — структурная схема
Уф — коэффициенты усиления измерительных элементов
232

Рис. 5.3. Процесс пуска привода с ограни-
чением задания тока
t
пустимые нагрузки преобразовате-
ля в динамических режимах. При
этом используется главным обра-
зом принцип подчиненного регули-
рования (рис. 5.2). При достаточ-
ном коэффициенте усиления конту-
ра регулирования тока можно пре-
небречь действием противо-ЭДС
двигателя, так называемой обрат-
ной связью по ЭДС (противо-ЭДС
двигателя, являющаяся для конту-
ра тока возмущающим воздействи-
ем, в этом случае весьма незначи-
тельно влияет на свойства привода). Но тогда данная структура
полностью соответствует показанной на рис. 5.1. Сумма пара-
зитных постоянных времени * т2 учтена в передаточной функции
преобразователя. .В существенном для оптимизации частотном
диапазоне выполняется соотношение 1/(рти) ~ 1/(1+ртм).
В результате такого построения системы регулирования дви-
гатель утрачивает свои естественные свойства. Процесс пуска
протекает в системе следующим образом. Контур регулирова-
ния тока сначала вынуждает ток двигателя следовать задаю-
щему сигналу, частота же вращения двигателя устанавливается
в соответствии с нагрузкой. Внешний контур осуществляет ре-
гулирование частоты вращения согласно предписанному зна-
чению и, исходя из ошибки регулирования частоты вращения,
вырабатывает сигнал задания тока, в соответствии с которым
и устанавливается ток двигателя. Ограничение задания тока
приводит к ограничению тока двигателя. Если заданное зна-
чение частоты вращения изменяется скачком на значительную
величину, возникает такая большая ошибка регулирования, что
вступает в действие ограничение задания тока. Двигатель раз-
гоняется при одновременном ограничении тока, пока ошибка
регулирования частоты вращения не уменьшится настолько,
что значение тока станет меньше предельного значения /Пр
(рис. 5.3). Благодаря этому становится возможным прямой
пуск двигателя без недопустимой нагрузки элементов схемы.
На рис. 5.4 показан пример выполнения регуляторов с при-
менением интегральных операционных усилителей. Желаемая
временная характеристика регулирующих усилителей (регу-
ляторов) реализуется известным способом путем включения
пассивных элементов во входных цепях и в цепи обратной
* В советской литературе более употребителен термин «суммарная малая
постоянная времени».— Прим. ред.
233

Рис. 5.4. Устройство регулирования тока и частоты вращения
1 — ограничение входного напряжения; 2 — компенсация напряжения смещения; 3 —
частотная коррекция; 4 — цепь обратной связи регулятора
связи усилителей. Кроме того, необходимо предусмотреть меры
по ограничению входного сигнала, компенсации напряжения
смещения и коррекции частотной характеристики усилителей.
Для ограничения сигнала задания тока служат диоды с на-
чальным смещением. На рис. 5.5 представлена структура си-
стемы регулирования, в которой регулирование частоты вра-
щения путем изменения напряжения якоря дополняется регу-
лированием тока возбуждения. Напряжение якоря измеряется
Рис. 5.5. Система регулирования частоты вращения с подчиненным конту-
ром тока и зависящим от напряжения якоря ослаблением поля
234

Регулятор ।  ОВъент регулирования
Рис. 5.6. Электропривод постоянного тока с контуром положения: а — функ-
циональная схема; б — структурная схема
IG — импульсный датчик; V®, Vх— коэффициенты усиления измерительных элемен-
тов; kp — передаточная функция компенсирующего звена
с помощью мостовой схемы и сравнивается с заданным значе-
нием us. Пока напряжение us больше фактического значения
напряжения якоря и, на вход контура регулирования тока воз-
буждения через нелинейный элемент подается максимальный
задающий сигнал. Если заданное значение частоты вращения
таково, что u>iis, то нелинейный элемент способствует умень-
шению сигнала задания тока возбуждения, т. е. ослаблению
поля. Благодаря этому можно достичь требуемой высокой ча-
стоты вращения без чрезмерного увеличения напряжения якоря.
Схема сочетает преимущества быстрого регулирования в цепи
якоря с медленным регулированием в цепи возбуждения.
На рис. 5.6 показана структура системы регулирования по-
ложения. С целью получения хорошей динамики системы вну-
три контура регулирования положения организован подчинен-
ный контур регулирования частоты вращения, так что каж-
дому контуру соответствует только одна большая постоянная
времени или одно интегрирование (см. п. 5.6.2). Если для си-
стемы регулирования положения задающая величина есть ли-
нейная функция времени xs = at, то отсюда для t-+oo получа-
ется так называемая скоростная ошибка xs—xt=0o = a/VТак
как коэффициент усиления Vo разомкнутого контура регули-
рования положения по техническим причинам не может быть
бесконечно большим, скоростная ошибка конечна и определяет
качество системы. Однако при правильном выборе коэффици-
ента усиления k корректирующее звено с передаточной функ-
цией kp обеспечивает компенсацию скоростной ошибки. Введе-
235

Рис. 5.7. Регулирование частоты вращения с ограничением тока (схема с пе-
реключением контуров)
ние подобного рода компенсирующих связей не вносит допол-
нительной инерционности в процесс управления. При правиль-
ной настройке гарантируется также устойчивость системы.
Корректирующие звенья рассмотренного типа могут приме-
няться также для компенсации возмущающих воздействий.
По принципу параллельного регулирования (см. рис. 5.1, а)
теоретически возможно создать структуру с большим быстро-
действием, чем по принципу подчиненного регулирования. Хотя
практически такую возможность трудно реализовать, в неко-
торых случаях этот принцип все же применяется. На рис. 5.7
показана функциональная схема системы регулирования ча-
стоты вращения с ограничением тока по этому принципу. Па-
раметры диодно-резисторной комбинации на входе усилителя
выбраны так, что при превышении заданного значения тока,
т. е. когда is—i<0, регулирование частоты вращения заменя-
ется регулированием тока. Устройства динамической коррекции
рассчитываются раздельно для контуров регулирования тока
и частоты вращения, в простых случаях в контуре регулиро-
вания тока применяется пропорциональный регулятор. При пе-
реходе от регулирования частоты вращения к регулированию
тока в кривой тока может наблюдаться выброс.
5.1.2.	Реверсивные электроприводы постоянного тока
[5.14—5.21]. При регулировании реверсивных электроприводов
постоянного тока стремятся добиться такого управления груп-
пами вентильного преобразователя, чтобы обеспечивалась по
возможности непрерывная коммутация тока. Уравнительный
ток, как всякий реактивный ток, нагружающий питающую трех-
фазную сеть, должен быть настолько мал, насколько это не-
обходимо для получения требуемых динамических свойств. Как
и в нереверсивных приводах, должны быть также решены за-
дачи регулирования частоты вращения и ограничения тока.
Функциональная схема реверсивного привода с регулирова-
нием уравнительного тока изображена на рис. 5.8. Каждая
выпрямительная группа снабжена отдельным контуром регу-
лирования тока. Снимаемый с регулятора частоты вращения
сигнал задания тока через диоды и инвертирующий усилитель
подается всегда на тот контур тока, выпрямитель которого дол-
236

 Рис. 5.8. Регулирование частоты вращения с подчиненным регулированием
тока якоря и уравнительного тока
жен работать при данном знаке задающего сигнала. На дру-
гой контур тока задающий сигнал не поступает. Оба токовых
контура, кроме того, имеют регулируемое задание уравнитель-
ного тока, так что в работающем выпрямителе уравнительный
ток суммируется с током двигателя, а через неработающий вы-
прямитель течет только уравнительный ток. На рис. 5.9 пока-
заны процессы, происходящие в этой схеме при изменении
полярности сигнала задания тока. При соответствующей ре-
гулировке задания уравнительного тока можно добиться, чтобы
не происходило прерывания тока. Благодаря этому динамиче-
ские свойства реверсивного привода будут соответствовать ди-
намическим свойствам нереверсивного привода. Данная схема
обеспечивает быстрое изменение направления тока. В резуль-
тате такого регулирования уравнитель-
ный ток благодаря управлению вторым
преобразователем поддерживается по-
стоянным независимо от угла управле-
ния. Так как угол управления инвертора
должен быть ограничен максимальным
значением а=150°, индуктивность урав-
нительных реакторов определяется для
'ai = 30o; «2=150°. В этой рабочей точке
регулирование уравнительного тока пе-
рестает быть эффективным, т. е. не дает
улучшения по сравнению со случаем,
когда оно не производится. Сигнал
Рис. 5.9. Изменение полярности сигнала зада-
ния тока при регулировании тока якоря и урав-
нительного тока согласно рис. 5.8
237

Рис. 5.10. Реверсивный электропривод постоянного тока с контуром регу-
лирования частоты вращении, подчиненным контуром регулирования тока
и дополнительной коррекцией по току двигателя
задания уравнительного тока составляет 10 % номинального
тока двигателя. При этом токе уравнительные реакторы дол-
жны иметь требуемую индуктивность. При больших токах они
могут быть насыщены, если схема такова, что в цепи уравни-
тельного тока постоянно находится ненасыщенный реактор, по
которому течет только уравнительный ток.
Недостатком реверсивной схемы с регулированием уравни-
тельного тока является постоянное наличие уравнительного
тока, который, будучи реактивным током, нагружает сеть.
Этого недостатка нет у схемы с уравнительным током, завися-
щим от тока двигателя. Здесь с помощью резисторно-диодной
цепи задание уравнительного тока производится так, что хотя
вблизи точки перехода тока через нуль сигнал задания равен
примерно 10 % номинального тока, за пределами этой зоны
его значение равно лишь примерно 1 %. Для исполнительных
электроприводов (сервоприводов), обладающих высокими ди-
намическими характеристиками, удобна более простая схема
с регулированием тока двигателя и введением дополнительного
корректирующего сигнала по току двигателя (рис. 5.10). В от-
личие от схемы на рис. 5.8 здесь нет регулирования уравни-
тельного тока. При отсутствии тока в якоре и, следовательно,
равенстве нулю дополнительного сигнала, пропорционального
току, подаваемого через диоды VI, V2, преобразователи управ-
ляются таким образом, что а1 + «2 = я- Благодаря наличию за-
дающего сигнала 1к имеется возможность установки желае-
мого уравнительного тока. Однако с помощью диодов VI или
V2 угол управления того преобразователя, который в данный
момент не работает, устанавливается на максимальное значе-
ние, соответствующее предельному инверторному режиму, и,
следовательно, как только ток двигателя достигает определен-
238

ного, сравнительно небольшого значения, уравнительный ток
подавляется.
Процессы, происходящие при изменении полярности сиг-
нала задания тока, наглядно иллюстрирует рис. 5.11. Измене-
ние направления тока происходит с максимально высокой ско-
ростью, так как оба вентильных преобразователя мгновенно
достигают предельных значений угла управления. Эта схема
имеет лучшие динамические характеристики, чем схема регу-
лирования уравнительного тока, изображенная на рис. 5.8.
Кроме того, она проще, так как требуется только один датчик
тока. Динамическая составляющая уравнительного тока, при-
чиной возникновения которой бывает различие в быстродей-
ствии систем управления вентилями при уменьшении и увели-
чении угла управления (см. п. 4.2.2), здесь отсутствует. По-
добным же образом работает схема с коррекцией по току вен-
тильных групп [5.15], однако она более сложна.
Если во время процесса реверсирования допускается преры-
вистый ток двигателя, то можно ограничить уравнительный ток
и без его регулирования или введения
коррекции по току двигателя — за счет
того, что управление преобразователями
осуществляется при ai + cc2>180°. Для
ai+c!2>240° достаточно рассчитать урав-
нительные реакторы как для указанной
выше схемы с малым уравнительным
током. Если управление вентильными
преобразователями реализовано таким
образом, что отпирающие импульсы вен-
тильной группы, работающей как инвер-
тор, блокируются, прежде чем другая
Рис. 5.11. Изменение
полярности сигнала за-
дания тока при введе-
нии коррекции по току
двигателя в соответствии
с рис. 5.10
1 ^*0. Штриховыми линия-
ми показан вид процессов
без коррекции
Рис. 5.12. Реверсивная схема с подчиненным ре-
гулированием напряжения
1,2 — характеристики систем импульсно-фазового уп-
равления вентильных преобразователей I, II
239

Рис. 5.13. Принцип построения реверсивного электропривода постоянного
тока с раздельным управлением
вентильная группа переходит в выпрямительный режим, то в не-
которых случаях можно полностью отказаться от уравнитель-
ных реакторов [5.15]. Это возможно, если не требуется вводить
индуктивные элементы в качестве меры защиты. Чтобы пода-
вить нелинейные свойства выпрямителя при прохождении зоны
прерывистых токов, контур тока дополняется подчиненным кон-
туром напряжения с воздействием на обе группы выпрямите-
лей (рис. 5.12). Чтобы избежать динамических уравнительных
токов, скорости нарастания тока должны быть небольшими.
Если во время процесса реверсирования можно допустить
прерывистый ток двигателя и определенную бестоковую паузу
(это имеет место в большинстве практических случаев), то
лучших результатов можно достичь, применяя реверсивную
схему с раздельным управлением (рис. 5.13). Выходной сиг-
нал регулятора тока управляет вентильными преобразовате-
лями I и II, причем ai + a2~n;; однако управляющие импульсы
вентильного преобразователя, который в данный момент не
используется, блокируются с помощью электронных ключей.
Этот преобразователь не может пропускать ток, поэтому не
возникает и уравнительный ток. Если при изменении поляр-
ности сигнала задания тока требуется, чтобы ток протекал
через преобразователь II, то управляющие импульсы преоб-
разователя I блокируются, а управляющие импульсы преобра-
зователя II деблокируются. Переключение вентильных преоб-
разователей осуществляется командным устройством, которое
должно обеспечивать соблюдение следующих условий:
управляющие импульсы вентильного преобразователя I
могут блокироваться лишь после того, как ток стал равен нулю.
240

Рис. 5.14. Процессы при изме-
нении частоты вращения ре-
версивного электропривода
постоянного тока с раздель-
ным управлением
Для этого необходимо на-
личие датчика, осуществ-
ляющего контроль про-
хождения тока нагрузки
через нуль;
управляющие импуль-
сы преобразователя II
могут деблокироваться
лишь после того, как бло-
кирован преобразователь
I и истекло время выключения его вентилей, и, следовательно,
преобразователь / в полной мере обладает запирающими свой-
ствами. Вследствие этого неизбежно возникает запаздывание
переключения;
угол управления преобразователя II при вступлении послед-
него в работу должен быть таким, чтобы не могли возникнуть
недопустимые выбросы тока. Это требование в случае необ-
ходимости может быть реализовано путем специальной подачи
управляющих импульсов во время запирания.
На рис. 5.14 приведены диаграммы токов вентильного пре-
образователя при скачкообразном изменении сигнала задания
частоты вращения, причем привод в течение некоторого вре-
мени работает в тормозном режиме. Время запаздывания пе-
реключения Tt зависит от вида схемы и составляет 1 —10 мс.
Для большинства практических случаев такое запаздывание
вполне приемлемо. Принцип работы, показанный на рис. 5.14,
можно упростить, если формирование и подачу управляющих
импульсов производить одновременно для обоих вентильных
преобразователей. В этом случае при переходе от одного пре-
образователя к другому управление отпирающими импульсами
и смена полярности сигнала задания тока должны осущест-
вляться безынерционно.
Преимущество схемы с раздельным управлением по срав-
нению со схемами с регулированием уравнительного тока со-
стоит в том, что в этой схеме отсутствуют уравнительный ток
и соответствующая нагрузка элементов схемы, а также не про-
исходит отбора реактивного тока из сети. Кроме того, могут
отсутствовать уравнительные реакторы. В приводах большой
мощности реакторы, тем не менее, предусмотрены в целях за-
щиты. Основным недостатком схемы без уравнительного тока
является то, что во время процесса реверсирования необхо-
димо проходить область прерывистого тока вентильного пре-
образователя. Из-за малого коэффициента усиления в этой об-
ласти регулирование происходит очень медленно. Устранить
241

Рис. 5.15. Реверсивный электропривод по системе генератор—двигатель
(схема Леонарда) с вентильным возбудителем
этот недостаток можно с помощью адаптивного управления
(см. § 5.4) или подчиненного регулирования напряжения со-
гласно рис. 5.12.
Классический принцип построения реверсивных приводов постоянного
тока реализован в схеме Леонарда (генератор — двигатель). При быстром
возбуждении, осуществляемом с помощью вентильного преобразователя,
можно получить время реверса, сопоставимое с временем реверса обычных
вентильных электроприводов. Поэтому эта схема (рис. 5.15) по-прежнему
имеет практическое значение. Она применяется при реконструкции суще-
ствующих установок с использованием имеющихся преобразователей и в при-
водах большой мощности, которые работают от сравнительно маломощной
сети и поэтому не могут оснащаться вентильными преобразователями. Пи-
тание обмотки возбуждения генератора производится от реверсивного вен-
тильного преобразователя. При этом используются схемы без уравнитель-
ного тока (с раздельным управлением) или с малым уравнительным током.
Вентильный преобразователь должен быть в состоянии обеспечить напряже-
ние, в 3—5 раз превышающее номинальное напряжение возбуждения генера-
тора, с тем чтобы даже при больших изменениях переменных осуществля-
лось быстрое регулирование. Задачей регулирования тока возбуждения явля-
ется компенсация большой постоянной времени обмотки возбуждения. Кон-
туры регулирования тока возбуждения, тока якоря и частоты вращения дви-
гателя обычно строятся по принципу подчиненного регулирования.
5.1.3.	Структуры регулирования электроприводов с асин-
хронными и синхронными двигателями [5.22—5.34]. Магнито-
движущая сила и потокосцепление в машинах переменного
тока имеют векторный характер, токи и напряжения, являю-
щиеся управляющими переменными, представляют собой пе-
риодически изменяющиеся величины. Задача состоит в таком
управлении этими величинами по амплитуде, фазе и частоте,
чтобы получить оптимальные динамические характеристики
двигателей. Для этого необходимо, чтобы вектор тока ротора
был перпендикулярен вектору потокосцепления статора либо
вектор тока статора был перпендикулярен вектору потокосцеп-
ления ротора. (В двигателях постоянного тока выполнение
этих условий обеспечивается их конструкцией.) Для обеспече-
ния высокого быстродействия основное потокосцепление в ди-
намических режимах должно быть постоянным.
На основе динамической теории машин переменного тока,
описываемых уравнениями (4.98) — (4.105), выполнение ука-
242

Рис. 5.16. Ориентация полей в асин-
хронной машине при управлении
с помощью изменения напряжения
и регулировании тока статора [5.22]:
а — функциональная схема; б — век-
торная диаграмма
Двойными стрелками обозначены вектор-
ные величины
занных выше условий для машин переменного тока обеспечи-
вается соответствующим управлением током и напряжением,
приложенным к двигателю, в зависимости от измеряемого по-
токосцепления и раздельным регулированием активного тока и
главного потока. На рис. 5.16 этот принцип показан на при-
мере асинхронного двигателя. Задающей величиной является
вектор тока статора, состоящий из связанных с полем состав-
ляющих isl и is2. Таким образом, осуществляется раздельное
задание составляющих тока в направлении поля и перпенди-
кулярно ему и с целью регулирования производится их срав-
нение с действительными значениями. Преобразование связан-
ных с полем составляющих тока в составляющие тока ста-
тора isa, is₽ осуществляет оператор поворота вектора VD1
согласно уравнениям:
ia = *icosi])—i2sin 'i|>;	sin ip + i2 cos т|э. (5.1)
Обратную операцию реализует оператор поворота вектора
VD2 в канале обратной связи. Значение угла поворота ip по-
тока в воздушном зазоре по отношению к оси статора по-
стоянно измеряется, обрабатывается векторным анализатором
VA и поступает на операторы поворота вектора. Вычислитель-
ное устройство Е, расположенное в данной схеме перед опе-
ратором поворота вектора VD1, рассчитывает заданное зна-
чение напряжения статора по отклонению тока. Измерение
вектора потокосцепления и расчет составляющих входных ве-
личин являются весьма сложными операциями, поэтому опти-
мальная работа привода достигается лишь при достаточной
точности и быстродействии вычислительной схемы. Для боль-
243

Рис. 5.17. Асинхронный вентильный каскад: а — функциональная схема; б —
структурная схема
шинства практических случаев близкое к оптимальному пове-
дение двигателей в динамике может быть достигнуто значи-
тельно более простым путем.
Потокосцепление статора асинхронной машины будет по-
стоянным в том случае, если двигатель, у которого активное
сопротивление статора пренебрежимо мало, работает при по-
стоянном или пропорциональном частоте напряжении статора.
Это имеет место в асинхронном вентильном каскаде (рис. 5.17).
В линейной части характеристики двигателя вектор тока
ротора перпендикулярен вектору потокосцепления статора. Дан-
ная структурная схема вытекает из рис. 4.51 с учетом промежу-
точного звена постоянного тока (см. рис. 4.61). Здесь:
7?i + aRz
р = -----------относительное сопротивление цепи ротора;
aRz — активное сопротивление цепи ротора, приведенное
к ротору двигателя; а = 0,576;
xz = aLzIRi — электромагнитная постоянная времени ротора
двигателя, обусловленная индуктивностью промежуточного
звена;
т/ — переходная постоянная времени асинхронной машины.
Параметры объекта регулирования мало зависят от рабо-
чей точки. Данная структура с регулированием частоты вра-
щения и подчиненным регулированием тока соответствует
структуре регулирования приводов постоянного тока. Принци-
пиально возможно лишь одно направление вращающего мо-
мента.
244

Рис. 5.18. Управление асинхронным двигателем с помощью изменения напря-
жения: а — функциональная схема; б — структурная схема, соответствую-
щая линейной части характеристики двигателя, без учета электромагнит-
ных процессов
Показанная на рис. 5.18 структурная схема пригодна для
управления асинхронными машинами с помощью напряжения
лишь при частоте сигнала /<0,25Дети (см. п. 4.3.1).
На схеме обозначено:
z=UsIUsn — напряжение статора в рабочей точке, отнесен-
ное к номинальному напряжению статора;
S = Qi/Qsjv — частота ротора в рабочей точке, отнесенная
к частоте статора (скольжение).
Данная структура соответствует структуре регулирования
приводов постоянного тока. Настройка регулятора должна
осуществляться таким образом, чтобы зависимость параметров
от рабочей точки лишь незначительно влияла на динамику си-
стемы. Необходимо заметить, что в рамках указанной струк-
туры нельзя получить привод с высоким быстродействием.
Постоянное потокосцепление статора с определенным при-
ближением имеет место также при частотном управлении
асинхронными двигателями, пока выходное напряжение инвер-
тора достаточно точно следует за частотой (рис. 5.19) [5.28].
В линейной части характеристики двигателя вектор тока ро-
тора направлен практически перпендикулярно вектору пото-
косцепления статора. Элементы схемы промежуточного звена
245

ЛВС
Рис. 5.19. Частотное управление трехфазными двигателями с постоянным
потокосцеплением статора: а — функциональная схема; б — структурная
схема
постоянного тока
(см. п. 3.7.3) определяют динамику регули-
рования.
Основной задачей регулирования напряжения является
обеспечение необходимой пропорциональности между частотой
и выходным напряжением инвер-
тора. Для облегчения регулирова-
ния может быть применена коррек-
ция в виде сигнала обратной связи,
пропорционального падению напря-
жения на последовательно вклю-
ченных элементах промежуточного
звена постоянного тока, представ-
ляющему собой основное возму-
щающее воздействие (рис. 5.20).
Эта схема применяется преимуще-
Рис. 5.20. Регулирование напряжения ин-
вертора в вентильном преобразователе ча-
стоты с промежуточным звеном постоян-
ного тока. Введение положительной об-
ратной связи по основному возмущению —
падению напряжения Ли
246

Рис. 5.21. Частотное управление асинхронным двигателем с постоянным по-
токосцеплением ротора, работающим в режиме задания тока: а — функцио-
нальная схема; б — структурная схема
DSQ — задатчик трехфазного тока
ственно для питания групповых электроприводов. Обладающие
хорошими динамическими характеристиками приводы с ча-
стотно-управляемыми асинхронными двигателями работают
главным образом по принципу принудительного задания тока
статора с постоянным потокосцеплением ротора [4.62]. С этой
целью могут применяться импульсные инверторы с быстрым
релейным регулированием тока (рис. 5.21) или инверторы тока.
В структурной схеме имеется лишь одна большая постоянная
времени, которую легко скомпенсировать. Функция is=f (<0i) и
суммирование частот cds = со 4-cdi должны быть реализованы с вы-
сокой точностью, для того чтобы потокосцепление ротора в ди-
намических режимах было действительно постоянным.
Синхронный двигатель с датчиком положения ротора
(рис. 5.22) в динамических режимах ведет себя так же, как
машина постоянного тока, пока благодаря управлению инвер-
тором с достаточной точностью обеспечивается ориентация
вектора тока статора перпендикулярно вектору потокосцепле-
ния ротора (см. п. 4.3.2). Свойства контура регулирования
тока в значительной степени определяются индуктивностью
промежуточного звена постоянного тока.
247

Рис. 5.22. Частотное управление синхронным двигателем в режиме задания
тока: а — функциональная схема; б — структурная схема для постоянного
потокосцепления ротора
LG —датчик положения ротора; TG — датчик частоты вращения; т2 =	— электро-
магнитная постоянная времени, составляющая промежуточного звена постоянного тока:
Х$д — постоянная времени по поперечной оси синхронной машины; 'Фх^/'Фхдг—потоко-
сцепление ротора по продольной оси, отнесенное к номинальному значению
5.2.	ОПТИМИЗАЦИЯ ЛИНЕЙНЫХ НЕПРЕРЫВНЫХ СИСТЕМ
5.2.1.	Показатели качества. Показатели качества служат
для сравнения различных вариантов, а также образуют основу
для формулирования требований к проектируемой системе.
Кроме того, они позволяют оценивать различные предложения
по оптимизации системы. В связи с этим показатели качества
должны выводиться из практических потребностей и легко оп-
ределяться экспериментальным путем. Проектирование регу-
лируемых приводов включает в себя предварительный расчет
ожидаемых показателей качества.
В линейной области регулирования показатели качества не
зависят от рабочей точки. При проектировании необходимо ус-
ловиться о диапазоне регулирования Yh и диапазоне изменения
возмущающего воздействия Zh, в пределах которых должны
соблюдаться определенные показатели качества. Расчет эле-
ментов силовой части и регулятора в значительной степени оп-
ределяется условно принятыми значениями диапазона регули-
рования и диапазона изменения возмущающего воздействия.
Для переходной функции или переходной характеристики
(реакции на ступенчатое входное воздействие) определены сле-
дующие понятия (рис. 5.23) [5.5]:
248

Рис. 5.23. К определению показателей ка-
чества переходной характеристики (для Дх=0)
установившаяся ошибка регулиро-
вания Ах как отклонение действитель-
ного значения регулируемой величины
х от значения задающей величины w
в установившемся режиме: Ах= (да—
—х) |/=0о. Установившаяся ошибка
регулирования при пропорциональном
законе регулирования (П-регулирование) обратно пропорцио-
нальна коэффициенту усиления контура, при интегральном ре-
гулировании (И-регулирование) она теоретически равна нулю;
время нарастания Тп как такой промежуток времени, кото-
рый начинается с момента, когда регулируемая величина после
скачкообразного изменения возмущающего или задающего
воздействия выходит за пределы допустимых отклонений от
заданного значения, и заканчивается, как только она первый
раз снова входит в эту зону (предполагается, что Дх = 0);
время регулирования (время переходного процесса) Тг как
такой промежуток времени, который начинается с момента,
когда регулируемая величина после скачкообразного измене-
ния возмущающего или задающего воздействия покидает зону
допустимых отклонений, и заканчивается, как только она окон-
чательно возвращается в эту зону (Ах = 0);
перерегулирование Хт регулируемой величины, равное наи-
большей ошибке регулирования (по отношению к заданному
значению, соответствующему новому установившемуся состоя-
нию) во время процесса регулирования после изменения возму-
щающего или задающего воздействия. Его относят к разности
начального и установившегося значений регулируемой вели-
чины и указывают в процентах. Для малого времени нараста-
ния при регулировании частоты вращения и тока обычно до-
пускают перерегулирование 3—5 %. В системах регулирования
положения в ряде случаев перерегулирование недопустимо и
необходимо добиваться апериодического характера переход-
ного процесса.
Для реакции на линейно нарастающее воздействие опреде-
лены следующие понятия (рис.
5.24):
скоростная ошибка Ахо как от-
клонение значения регулируемой
величины от значения задающего
воздействия, изменяющегося во
времени по линейному закону
Рис. 5.24. К определению скоростной
ошибки
249

Рис. 5.25. К определению пло-
щади регулирования
стотной характеристике
разомкнутой системы
w = at, по истечении бесконечного времени. Скоростная ошибка
является показателем качества прежде всего для систем ре-
гулирования положения. Для идеального контура регулирова-
ния положения с однократным интегрированием получим \ха—
= a/Vo, где Vo — коэффициент усиления разомкнутой системы.
Отношение а/Ахш = Уо называется добротностью по скорости;
установившаяся ошибка при движении с постоянным уско-
рением Ах^ как отклонение значения регулируемой величины
от значения задающего воздействия, изменяющегося пропор-
ционально квадрату времени, w = спустя бесконечное
время. Отношение р/Ах^ называется добротностью по уско-
рению.
Для интегральной оценки качества динамики системы слу-
жат (рис. 5.25):
линейный интегральный показатель (критерий) качества
(площадь регулирования)
00
Ллин =J [х(0—(5.2)
о
квадратичный интегральный показатель качества
Л,=Г[х(0-х(оо)М;	(5.3)
о
абсолютный интегральный показатель качества
Z = J|’/(0-/(oo)|dt	(5.4)
о
Благодаря такому определению (обратите внимание, что
в приведенных выражениях из мгновенного значения регули-
руемой величины x(t) вычитается ее значение для /->оо, т. е.
х(оо)) указанные интегралы в устойчивой системе имеют ко-
нечное значение. Линейный интегральный показатель качества
используется только для оценки апериодических процессов. Ин-
250

Рис. 5.27. Показатели качества ча-
стотной характеристики замкнутой
системы
Рис. 5.28. Система регулиро-
вания, на входы которой за-
дающее и возмущающее воз-
действия поступают без за-
паздывания
тегральные критерии особенно подходят для оценки результа-
тов, полученных на вычислительных машинах.
Так как для проектирования регулируемых электроприво-
дов преимущественно используется метод частотных характе-
ристик, целесообразно описывать качество системы парамет-
рами частотной характеристики. При этом всегда существует
связь между показателями качества, выведенными из переход-
ной характеристики, и показателями качества, выведенными
из частотной характеристики.
В качестве показателей качества частотной характеристики
разомкнутой системы рассматриваются (рис. 5.26):
коэффициент усиления Го для частоты и = 0 как показатель
точности замкнутой системы;
частота среза ад, т. е. частота при которой логарифмическая
амплитудная характеристика пересекает ось частот. Частота
среза разомкнутой системы характеризует быстродействие замк-
нутой системы;
запас устойчивости по фазе на частоте среза, т. е. расстоя-
ние фазовой характеристики от линии—180° на частоте среза
ад.
Показателями качества частотной характеристики замкну-
той системы следует считать (рис. 5.27):
граничную частоту полосы пропускания ад, т. е. частоту,
до которой коэффициент усиления замкнутого контура оста-
ется больше 0,7 (при условии, что на нулевой частоте он ра-
вен единице). Граничная частота примерно соответствует ча-
стоте среза разомкнутой системы;
частоту максимума (резонансную частоту) ит, т. е. частоту,
при которой амплитудная характеристика замкнутой системы
имеет максимальное значение. Максимум отсутствует, если за-
пас устойчивости по фазе у^63°;
максимальное значение амплитудной частотной характери-
стики (ее значение на резонансной частоте)
В табл. 5.1 приведены характерные значения основных по-
казателей качества систем автоматического регулирования
приводов.
251

Таблица 5.1. Показатели качества систем автоматического
регулирования электроприводов
Наименование контура		Т J п
Контур регулирования тока	250*—50 с-1	0,010*—0,050 с
Контур регулирования частоты вращения	125—25 с-1	0,020—0,100 с
Ко нтур per улир ов ан и я положения	100**—10 с-1	0,025**—0,20 с
Продолжение табл. 5.
Наименование контура	ti.xfxN	а/Д*ш
Контур регулирования тока	1 %	1
Контур регулирования частоты вращения	0,01***—0,5 %	
Контур регулирования положения	х= 0,001*** .. .0,01 мм	10—100 с-1*4
*	Очень быстрое регулирование тока с учетом дискретного характера ра-
боты преобразователя.
*	* Очень быстрое регулирование положения без подчиненного регулиро-
вания тока.
*	** Цифровое регулирование.
*4 При использовании комбинированного управления увеличивается почти
неограниченно.
5.2.2.	Оптимум по модулю [5.35, 5.36]. Система может рас-
сматриваться как оптимальная по динамике тогда, когда ее
передаточная функция по задающему воздействию
ао + X avPv
F(P) —-------------- (5.5)
ьо + Ё bnZ
ц=1
такова, что система хорошо может пропускать максимально
широкий спектр частот. Очевидно, что это имеет место в слу-
чае, когда модуль частотной передаточной функции |F(j®)|
постоянен для максимально широкого диапазона частот или
252

когда в точке р = /со = 0 максимально большое число производ-
ных модуля частотной характеристики по частоте равно нулю.
Критерий оптимизации, следовательно, имеет вид
lim —|Е(/®)| = 0.	(5.6)
da>
Применение этого критерия к выражению (5.5) приводит
к следующим соотношениям для коэффициентов полиномов
числителя и знаменателя:
(fli — 2aodz) b$= а0 (&i — 2&оЬ2)»
(ai—2а4аз 2аой4) bo = Oo —2bjb3 2&0&4);
(аз—2a2a4 + 2aia5— 2a0ae) bo = ao(bl—2b2bi + 2b1b5—2bobe); ,
for-j-2^ (—1) ar—iar+i'\ bo = ao f b2r-j-2	(—l)z	•
\ z=i	J \ z=i	7
(5-7)
Если эта система имеет г свободно назначаемых коэффици-
ентов, то г уравнений могут быть удовлетворены, и передаточ-
ная функция (5.5) при указанных условиях является оптималь-
ной. Достигаемый при этом оптимум известен как оптимум по
модулю.
Рассмотрим систему регулирования общего вида (рис. 5.28),
у которой задающая величина и возмущающее воздействие
без запаздывания поступают на вход регулятора. Переда-
точную функцию замкнутой системы относительно задающего
воздействия
р __ Х(р) _ FRFS
W1 W1 (р)	1 + frfs
можно оптимизировать в соответствии с критерием (5.6).
Практически в большинстве случаев передаточную функцию
объекта регулирования можно разложить на линейные множи-
т
тели: Es = К5/П (1 + /гт^)(1 + рт2), где Vs — коэффициент
усиления объекта регулирования; xsr— большая постоянная
времени объекта регулирования; т2—сумма паразитных (ма-
лых) постоянных времени объекта регулирования.
Паразитные постоянные времени объекта регулирования
возникают вследствие неидеальности элементов системы и из-за
наличия сглаживающих звеньев, служащих для подавления
высших гармоник. В обычных приводах т2 = 2...5 мс. Следова-
тельно, можно предположить, что t2<^tsa. Регулятор описыва-
ется передаточной функцией обобщенного ПИД-регулятора
П(1+рт^)
253

Отсюда получается частотная характеристика замкнутой сис-
темы по задающему воздействию в соответствии с передаточ-
ной функцией
£(1+ртл,)
Fwl=------------------------------------------(5.9)
Рт0 jj (1 + prSk) (1 + PTs) + Vs jj (1 -p
*=i	i=i
Математический анализ системы уравнений (5.7) позволяет
прийти к выводу (который, впрочем, и так вполне очевиден),
что условия оптимума по модулю выполняются в том случае,
если большие постоянные времени ts и th не влияют на пере-
даточную функцию. Отсюда вытекают следующие правила оп-
тимизации:
число больших постоянных времени в полиноме числителя
передаточной функции регулятора должно быть равно числу
больших постоянных времени в полиноме знаменателя переда-
точной функции объекта регулирования, т. е.
m = n;	(5.10)
указанные постоянные времени должны быть попарно равны
по абсолютному значению:
L?i = Ts*	Для i = k.	(5.11)
Используя уравнения (5.7), после сокращения больших по-
стоянных времени получим далее:
постоянная времени интегрирования регулятора то выбира-
ется в соответствии с формулой
'tb = Vs'2Ts.	(5.12)
Эти правила оптимизации можно вывести также для случая
п<т из уравнений (5.7). В случае если объект регулирования
содержит колебательное звено, т. е.
Fs=-------------->
(1 + PVsi + P2TS1TS2) (1 + рт2)
для осуществления компенсации полином числителя передаточ-
ной функции регулятора должен содержать соответствующее
звено:
р  1 + p2dx + рЧ2
Из принятого выше подхода к оптимизации следуют пра-
вила настройки:
^ = -vslTs2; 2d = - TS1 ; d<l;	x0IVs = 2if
V TS1TS2
254

Если в системе имеется двукратное интегрирование, на-
стройка на оптимум по модулю неосуществима. В этом случае
при оптимизации следует использовать подход, принятый при
настройке на симметричный оптимум (см. п. 5.2.3).
Если структура и параметры регулятора определены в со-
ответствии с принципом настройки на оптимум по модулю, то
для разомкнутой и замкнутой систем получим следующие ти-
пичные передаточные функции:
1
р2т2 р22т|.
Pq — РrPs —
Fo __________1________
1 + Fq 1p-2ts + р2-2Т£
(5.13)
(5-14)
На рис. 5.29 компенсация больших постоянных времени по-
казана на логарифмических частотных характеристиках. Ча-
стотная характеристика разомкнутой системы соответствует
поледовательному соединению интегрирующего и апериодиче-
ского звеньев. Частота среза, т. е. частота, для которой |Fo| = 1,
может быть оценена как
®rf«l/(2rs).	(5.15)
Запас устойчивости по фазе на частоте среза составляет
у = 63°. Зная этот нормальный вид частотной характеристики
Fo, можно согласовать регулятор с объектом регулирования
также и графически, если частотная характеристика объекта
регулирования получена экспериментальным путем или если
ее аналитическое представление затруднительно. Для вентиль-
ных систем вблизи частоты, соответствующей периоду дискрет-
ности, за основу берется импульсная частотная характеристика
контура регулирования. Импульсные частотные характеристики
системы с выпрямителем были приведены в п. 4.2.2.
Оптимум по модулю равным образом может быть исполь-
зован для оптимизации переходных процессов, возникающих
в системе при действии возмущений, если последние действуют
на вход регулятора без задержек. В этом случае передаточная
функция по возмущению для максимально широкого диапазона
частот должна быть равна нулю.
Для возмущающего воздействия Zj передаточная функция
системы имеет следующий вид:
F„------‘-------(6Л6)
l + ^o 1 + д2т2 + Д22т2
Частотная характеристика по возмущающему воздействию
представлена на рис. 5.30 (кривая /). Возмущающие воздей-
ствия подавляются в первую очередь в диапазоне низких ча-
стот. Левее частоты <о<г=1/(2т2) система хорошо «парирует»
возмущающие воздействия. Для более высоких частот регули-
рование становится неэффективным.
255

Рис. 5.30. Частотная характеристика по возмущению
/ — возмущающее воздействие zii, оптимум по модулю,/7^—согласно выражению (5.16);
2 — возмущающее воздействие z^, симметричный оптимум, f 22 т^/т^ — согласно выра-
жению (5.29); 3 — возмущающее воздействие z2. оптимум по модулю,	со~
гласно выражению (5.30)
256

/ — оптимум по модулю; 2 — симметричный оптимум при Fj/=l; 3— симметричный
ОПТИМУМ ПрИТу=4Т£
Переходные характеристики контура регулирования, на-
строенного на оптимум по модулю, по задающему воздействию
показаны на рис. 5.31, а по возмущению — на рис. 5.32. Пе-
реходный процесс по задающему воздействию характеризуется
временем нарастания Ти = 5т2И перерегулированием около 4 %.
5.2.3.	Симметричный оптимум [5.37, 5.38] Рассмотрим изо-
браженный на рис. 5.33 контур регулирования, у которого за-
дающая величина wz и возмущение г2 поступают на вход регу-
лятора с запаздыванием. Задержка подачи задающего сигнала
Рис. 5.32. Нормированные переходные характеристики по возмущению
—
г2
/ — оптимум По модулю; 2 — симметричный оптимум
9 Заказ № 1446
257

Рис. 5.33. Контур регулирования
с замедленными входными воздей-
ствиями W2 Н Zz
осуществляется задатчиком в виде интегратора с передаточной
функцией
Fv=l/(prv),	(5.17)
или апериодического звена с передаточной функцией
Fv=Vv/(l + prv).	(5.18)
В	качестве	звена	задержки для возмущающего воздействия
служит	объект	регулирования.
С учетом выражения (5.9) частотная характеристика по
задающему воздействию определяется передаточной функцией
р . FVFSFR _
w2 1 + fsfr
vvVs П (1 + PxRi)
1=1
(1 -j- pTy)
tn	n
Px0 JJ (1 P^Sk) (1 + PTs) + Ps (1 + PxRi)
fe=l	i = l
В последующих расчетах предполагается, что объект регу-
лирования обладает лишь одной большой постоянной времени
и что в полиноме числителя передаточной функции регулятора
также содержится только одна большая постоянная времени.
Если, далее, предположить, что ts и ту^тд, то в диапазоне
частот, существенном для оптимизации, выполняются соотно-
шения (1+ртд)/(1+рту) ~тв/ту; l+prs-prs- Тогда
Fwi =Vv^----------------------!---------------.	(5.19)
XV pi "TH- Ts 0 + pts) +11 + pxr)
Оптимизация соответствующей частотной характеристики
осуществляется по правилам настройки на оптимум по модулю.
Путем сравнения коэффициентов передаточной функции (5.19)
с коэффициентами уравнений (5.7) получим следующие пра-
вила оптимизации:
,	TD
тл = 4т2; t0/Vs = 2ts —(5.20; 5.21)
Ts Ts
Аналогичным образом можно вывести правила оптимиза-
ции, если объект регулирования содержит две большие посто-
янные времени rS1 и Ts2, а регулятор — две постоянные времени
в числителе тш и тяг- Путем сравнения коэффициентов с урав-
нениями (5.7) получим тЛ1=тд2=8т2; t0/Vs=2tsthitb2/(tsiTS2)•
258

Если объект регулирования содержит колебательное звено,
т. е.
Fs =---------------,	(5.22)
(1 + P^si + p2tSitS2) (1 + рт2)
то в качестве регулятора следует использовать ПИД-регулятор:
FR = l+P-2dr + p^ = у /1 + _J_ + ртЛ.	(5.23)
рТо	\ pTin	J
При этом получаются правила настройки:
2тД [TS1 (TS2 ~ Ts) — 2тх]
TS1 (TS2 + TS ) —
(5.24)
(5.25)
(5.26)
которые справедливы, пока tsi(ts2+t2)>4t2; tsi(ts2—t2)>2t2.
Настройку регулятора с учетом замедленных входных сиг-
налов из-за симметрии частотной характеристики разомкнутой
системы называют симметричным оптимумом.
Если структура и параметры регулятора определены в со-
ответствии с принципом настройки на симметричный оптимум,
то при наличии одной большой постоянной времени объекта ре-
гулирования могут быть получены следующие передаточные
функции разомкнутой и замкнутой систем:
F0=FsFr= ---------*±^-s-----;
р2-8т22 +р3-84
е1 f	р	1 “Ь
1+fo 1 -ф p-4rs 4- р2-8т^ + р3-8т£
Fz2 = Fs 1	= Fs p2-84 + p3-84 
14-^o	1 + P'4t2 4-P2,8^2 + P3_8tj
(5.27)
(5.28)
(5.29)
Различие между оптимумом по модулю и симметричным
оптимумом становится ясным из сравнения соответствующих
логарифмических частотных характеристик разомкнутой сис-
темы (рис. 5.34). В области частоты среза амплитудные харак-
теристики совпадают, тогда как в области низких частот сим-
метричный оптимум характеризуется большим коэффициентом
усиления. Амплитудная характеристика для симметричного оп-
тимума симметрична относительно частоты среза. При на-
стройке на симметричный оптимум запас устойчивости по фазе
составляет 42°. Заметим, что запас устойчивости уменьшается
9*
259

Рис. 5.34. Сравнение частотных характеристик
Ks=l;	с; Т2=0.01 с; / — оптимум по модулю; то=О,О2 с; *^=0.1 с; 2 — сим-
метричный оптимум; то=О,008 с; т^1=0,04 с
(5.30)
как при увеличении, так и при уменьшении коэффициента уси-
ления относительно оптимального значения. Для возмущаю-
щего воздействия и настройки регулятора на оптимум по
модулю передаточная функция по возмущению определяется по
формуле (ср. с выражением (5.29))
Р __ д. p-2ts + p2-2t2s
1 p-2xs -J- р -2ts
Для Fs= l/[pTs(l+pTs)] частотные характеристики по воз-
мущению представлены на рис. 5.30. По сравнению с настрой-
кой на оптимум по модулю настройка на симметричный опти-
мум более эффективна в отношении отработки возмущающих
воздействий z2, особенно их низкочастотных составляющих.
Эта настройка в принципе соответствует оптимуму по модулю
для возмущений z\. Различие рассмотренных способов оптими-
зации становится понятным также из сравнения переходных
характеристик. В отношении реакции системы на задающее
воздействие (см. рис. 5.31) оптимум по модулю является наи-
лучшим способом настройки. Использование симметричного
оптимума без замедления задающего сигнала приводит к недо-
пустимому перерегулированию. Поэтому симметричный опти-
мум может быть использован лишь в том случае, если обеспе-
чено формирование закона изменения задающего сигнала, по-
ступающего на вход регулятора, с постоянной времени не менее
ту = 4т2. Однако и в этом случае длительность переходного
процесса заметно больше, чем при использовании оптимума
по модулю.
260

Рис. 5.35. Принцип подчиненного регулирования
В реальных системах внешние возмущения действуют пре-
имущественно на входе объекта регулирования и, следова-
тельно, поступают на вход регулятора с задержкой. На
рис. 5.32 для обоих типов настройки показан типичный вид пе-
реходной характеристики по возмущению Fz2 для характерных
значений параметров. Хорошо видно, что в отношении отра-
ботки возмущений настройка на симметричный оптимум более
предпочтительна.
5.2.4.	Оптимизация многоконтурных систем [5.39, 5.40]. Под-
чиненное регулирование нескольких переменных выполняется
по общей структуре, представленной на рис. 5.35. Объект ре-
гулирования точками отвода регулируемых переменных xi,
х2, хк разделен на звенья так, что Fs = FSiFS2- • -Fsk- Каж-
дому звену объекта регулирования соответствует свой регу-
лятор, и оптимизация каждого контура регулирования осуще-
ствляется раздельно. Так как каждый контур регулирования
является звеном следующего, внешнего по отношению к нему
контура, оптимизация начинается с самого внутреннего кон-
тура. Контуры регулирования, которые должны отрабатывать
главным образом изменения задающей величины, настраива-
ются на оптимум по модулю. Контуры регулирования, которые
преимущественно должны отрабатывать изменения возмущаю-
щих воздействий, настраиваются на симметричный оптимум.
Это в особенности касается контуров регулирования частоты
вращения.
Деление объекта регулирования на звенья должно по воз-
можности осуществляться таким образом, чтобы каждое звено
содержало только одну большую постоянную времени. Тогда
для решения задачи оптимизации системы достаточно вклю-
чить последовательно с этим звеном ПИ-регулятор, который
технически может быть легко реализован.
Если первое звено объекта регулирования описывается пе-
редаточной функцией
X Q1 ——	f
(1 + PTS1) (1 + рт2)
а передаточная функция соединенного с ним регулятора есть
FR1= 1+-pTj?i ,	(5.32)
•	РЪ)1
261

то для замкнутого контура 1 при настройке на оптимум по
модулю получим
-------- 2(5-33)
1 4~ p2xs р -2TJ
Второе звено объекта регулирования должно иметь одну
большую постоянную времени, а также включать в себя замк-
нутый контур 2. Следовательно, имеем
FSi =-----------------------(5.34)
(1 + рт52) (1р-2т2-}-Р2-2Тз)
Если соответствующий этому звену регулятор с передаточ-
ной функцией
FRi= ]+-^	(5.35)
Рт02
настроен на оптимум по модулю, то для передаточной функции
замкнутого контура 2 получим выражение
14-р-4т2 +P2-8tj + p3-8x3s
Если же настроить контур регулирования 2 на симметрич-
ный оптимум, то будем иметь
Fg2s =--------------i±P±s-----------------.	(5,37)
1 + р-8т2 -|- p2.32Tj -|- p3.64Tj -|- p4-64Xj
Из сравнения Fg2b с Fgi видно, что даже при такой быстрой
настройке регулятора контур регулирования 2 получается
принципиально более инерционным, чем внутренний контур 1.
Ориентировочно для частоты среза n-го контура регулирова-
ния выполняется соотношение a>dn ~0,5ам(П-1>•
Быстродействие, таким образом, уменьшается в направле-
нии от внутреннего контура к внешнему. В отличие от этого,
требования к точности, предъявляемые к контурам регулиро-
вания, возрастают в этом же направлении. При практических
расчетах замкнутый контур часто заменяется апериодическим
звеном первого порядка и рассматривается как звено внешнего
контура. При этом эквивалентная суммарная постоянная вре-
мени удваивается от контура к контуру.
5.2.5.	Оптимизация системы электропривода с помощью
компенсирующих связей [5.41, 5.42]. Для улучшения отработки
системой задающего воздействия основной контур регулирова-
ния можно дополнить включенным на входе системы задатчи-
ком интенсивности в виде интегратора (см. п. 5.2.3) и коррек-
262

Рис. 5.36. Система с компен-
сирующими связями
тирующими звеньями Fki
и Ffe2- Посредством этих
корректирующих звеньев
в прямой канал регули-
рования вводится допол-
нительный сигнал по за-
дающему воздействию
(рис. 5.36). Тем самым в
системе реализуется принцип комби-
нированного управления.
Приведенная общая структура также позволяет:
оптимизировать замкнутый контур регулирования с учетом
требований к устойчивости системы и наличия подлежащих
отработке внешних возмущений z2 путем выбора соответствую-
щих параметров передаточной функции регулятора FR;
оптимизировать реакцию системы на задающее воздействие
без ущерба для устойчивости и качества отработки внешних
возмущений.
В качестве примера рассмотрим систему регулирования по-
ложения, изображенную на рис. 5.6. С учетом замкнутого кон-
тура регулирования частоты вращения имеют место следующие
соотношения:
Fs = ----—-----;	= 1 +р—; "Б > т2;
рх0 (1 + рт2)	1 + рт2
^=1.
Основной контур регулирования настраивается исходя из
желаемой реакции на задающее воздействие на оптимум по
модулю: Ti = Ts; то/Кз=:2т2. Задающая величина w изменяется
преимущественно по линейному закону w = at, интегратор на
входе системы может отсутствовать: Fy=l.
Коррекцию системы выполним следующим образом: Ffe2=
= k2p~, Fk\=ki. В результате передаточная функция относи-
тельно задающего воздействия приобретает вид
р _ х(Р)
'*w	, .
О) (р)
_______(1 4~ ^i) 4~ Р (Т1 4~ ^2 4~ feiT2) 4~ Ра^2т2______________
1 4~ Р (1'i 4- 2т2) 4“ Р2 (2т1т2 4“ 2^2) 4“ Р 2tit2
(5.38)
После того как в результате оптимизации основного кон-
тура регулирования постоянные времени ti и т2 становятся из-
вестными, параметры ki и k2 выбираются так, чтобы получи-
лась оптимальная реакция на задающее воздействие. Путем
сравнения с коэффициентами уравнений (5.7) из двух первых
уравнений для T2<4cti получим kl~3x2/xi; &2~ (1 4-&i)2t2-
Введение указанной коррекции позволяет уменьшить время
регулирования и скоростную ошибку. Без коррекции скорост-
ная ошибка для задающего воздействия w = at составляет
Лхю = а-2т2, а при введении коррекции Дхю = —а • Зт22/ть
263

Задатчик интенсивности
Рис. 5.37. Регулятор для привода с компенсирующими связями
На практике, отказываясь от точной настройки на оптимум
по модулю, применяют также и такой вариант: &i = 0; &2 = 2т2-
Тогда по-прежнему ПтРш(р) = 1, а скоростная ошибка Ахш
р->0
становится равной нулю.
Принцип комбинированного управления может быть также
применен к системам регулирования частоты вращения, кото-
рые настраиваются на симметричный оптимум и перед кото-
рыми поэтому включается устройство формирования входного
сигнала — задатчик интенсивности (рис. 5.37). По сравнению
с обычной оптимизацией по симметричному оптимуму здесь
достигается сокращение времени нарастания для переходной
характеристики примерно до значения, характерного для опти-
мума по модулю, а также точное управление ускорением или
током двигателя [5.34]. Системы с компенсирующими связями
критичны к неточности настройки параметров, поэтому теоре-
тически выявленные положительные свойства их могут быть
получены лишь при тщательной настройке. При отклонениях
от точной компенсации может нарушаться устойчивость.
5.2.6.	Оптимизация при случайных входных сигналах [5.44—
5.50]. Электропривод, участвующий в технологическом про-
цессе, в свою очередь, испытывает влияние последнего. Это
обстоятельство, а также неидеальность элементов самого при-
вода и процессов передачи сигналов приводят к тому, что на
детерминированные задающие и возмущающие воздействия на-
лагаются случайные составляющие. Так как случайные сиг-
налы могут характеризоваться только интегральными показа-
телями, при решении задачи оптимизации работы системы ис-
ходят из принципа минимизации интеграла от плотности
мощности сигнала, т. е. минимизации мощности сигнала. Этот
интеграл равен автокорреляционной функции для т = 0 или
среднему квадратическому значе-
нию сигнала (см. § 2.3 или [5.45]):
оо
J Sxx (со) da = Фхх (0) =	-+ min.
о
(5.39)
Рис. 5.38. Структурная схема системы ре-
гулирования частоты вращения со слу-
чайными входными сигналами
264

Для оптимизации реакции системы на задающее воздей-
ствие (рис. 5.38) используется следующее условие оптими-
зации;
со
\ See (со) da min; e = w—х.	(5.40)
о
Для оптимизации поведения системы
щений требуется решить другую задачу:
со
f Sxx(co)dco->-min.
о
при действии возму-
(5-41)
В линейных системах для мощности смешанного сигнала,
имеющего как детерминированную, так и случайную составля-
ющую, справедливо уравнение
со	со
f S^(co)d®= f Sxx(a)da
о	о
оо
+ .( SxX(a}da
дет 0
,	(5.42)
случ
т. е. допускается вначале отдельно рассматривать случайную
составляющую сигнала.
Предполагается, что случайный сигнал представляет собой
цветной шум, полученный из белого шума с постоянной плотно-
стью мощности So при помощи фильтра FF(ja):
S(co) = |/Д-(/со) 12 S0.	(5.43)
Практически можно считать [5.46, 5.47], что
Рр (/®) =
1
1 + /<ОТ0
(5.44)
так что для плотности мощности типичных случайных сигналов
справедлива формула
S(<o) = So--Ц—.	(5.45)
1 +®ч
Рассмотрим показанную на рис. 5.38 систему регулирования
частоты вращения, передаточная функция объекта регулирова-
ния которой содержит в качестве сомножителя передаточную
функцию замкнутого подчиненного контура тока. Пусть.
Fs =--------;
рт$ (1 + рт2)
FR = J +	; (5.46; 5.47)
Рт0
Fzl =
pts
(5.48)
В качестве основного возмущения zL в соответствии с реаль-
ными условиями рассматривается случайный момент нагрузки,
который связан с регулируемой переменной х передаточной
функцией FzL.
265

Условия оптимальности запишутся следующим образом:
в отношении реакции на задающее воздействие
оо	оо
о	о
Ff
1 + FsFfi
da -> min;
(5.49)
в отношении реакции на возмущение по нагрузке
со	оо
SXX (®)	= Д,
О	О
FzlFf
1 + FSFR
(5.50)
da-+ min;
в отношении влияния помех zM на выходе измерительного
элемента
оо	оо
Sxx(®)d®= So J
о	о
_Fs£r£f_
1 + FsFfi
dco->-min.
(5.51)
Случайные возмущения со стороны нагрузки zL рассматри-
ваются как цветной шум согласно выражению (5.45), в кото-
ром постоянная времени фильтра те = 5. ..20 мс. Так как посто-
янная времени фильтра соизмерима с некомпенсированной
суммарной постоянной времени контура регулирования, то в си-
стеме возникают высокочастотные составляющие сигналов. По-
этому настройка регулятора на оптимум по модулю или сим-
метричный оптимум невыгодна. Сравнительные исследования
различных способов настройки регулятора, основанных на
мощности случайной составляющей регулируемой переменной,
показывают [5.50], что наиболее предпочтительны критерии
оптимизации, которые обеспечивают максимально возможную
частоту среза разомкнутой системы. К ним относятся так на-
зываемый квадратичный оптимум, характеризуемый передаточ-
ной функцией разомкнутой системы вида
F^FSFR =
1
рт2(1+рт2)
(5.52)
и статистически оптимальная настройка регулятора, характе-
ризуемая передаточной функцией
Fo =FsFr= ----------
(1 + рт2)
(5.53)
Квадратичному оптимуму соответствует запас устойчивости
по фазе 7 = 45°, статистически оптимальной настройке — у=35°.
Для детерминированной составляющей сигнала также по-
лучается сравнительно благоприятная реакция на возмущение
по нагрузке, как показывает сравнение рис. 5.39 и 5.32. Хоро-
шая работа системы при возмущениях со стороны нагрузки
в виде случайных и детерминированных воздействий обуслов-
266

г2 т2
1 — статистически оптимальная настройка; 2 — настройка на квадратичный оптимум
лена высокой частотой среза разомкнутой системы, значение
которой при квадратичном оптимуме составляет ©dg—l/xx,
а при статистическом оптимуме <0ds~2/-t2.
Расчет мощности случайной составляющей ошибки регу-
лирования показывает далее, что указанные правила настройки
применимы также для оптимизации поведения системы при за-
дающем воздействии. Что касается детерминированной состав-
ляющей, то здесь возникает недопустимо большое перерегули-
рование выходной величины. В связи с этим необходимо осу-
ществлять демпфирование задающего сигнала с помощью звена
с передаточной функцией Fv= 1/(1 +рту). Сопоставление с об-
щими условиями оптимума по модулю (см. уравнения (5.7))
дает для квадратичного оптимума ту = х2, а для статистиче-
ского оптимума ту = 0,87x2-
Как видно из сравнения рис. 5.40 и 5.31, демпфирование
задающего воздействия позволяет получить вполне удовлетво-
рительную переходную характеристику по задающему воздей-
ствию. Для ту = 1,2x2 перерегулирование и при статистически
оптимальной настройке регулятора не превышает 5 %, однако
время нарастания для переходной характеристики меньше, чем
при настройке на оптимум по модулю. Для xv = 0,87xs перере-
гулирование составило бы 13 %.
Для подавления помехи zM на выходе измерительного уст-
ройства статистически оптимальная настройка регулятора не-
выгодна. Такого рода помехи должны подавляться благодаря
конструктивному исполнению самого измерительного устрой-
ства или путем включения дополнительного фильтра.
В отношении подавления или, иначе, отработки случайных
сигналов помехи и управления, которые большей частью содер-
жат высокочастотные составляющие, двух- или многоконтурной
структуре регулятора следует предпочесть одноконтурную. Это
особенно касается приводов с малой механической постоянной
времени. Поэтому в сервоприводах стараются обходиться без
контура регулирования тока.
267

Рис. 5.40. Нормированная переходная характеристика по задающему воз-
действию xlw=f(t/xz)
1 — статистический оптимум без демпфирования задающего сигнала; 2 — квадратичный
оптимум без демпфирования задающего сигнала; 3 — статистический оптимум приТу=
= 1’2^2	4 — квадратичный оптимум при Ху=х^
5.2.7.	Практическая оптимизация контуров регулирования
[5.51]. Операционные усилители в регулируемых приводах
преимущественно используются как ПИ- или ПИД-ре-
гуляторы. Согласование их параметров с параметрами объек-
тов регулирования производится подбором элементов, включае-
мых в обратные связи и на входе усилителей (рис. 5.41). Часто
параметры объекта регулирования не остаются постоянными,
а меняются в зависимости от рабочей точки. В этих случаях
настройка регулятора осуществляется исходя из средних пара-
метров объекта регулирования. Если диапазон изменения па-
раметров объекта превышает 1 : 2, следует выяснить необхо-
димость использования адаптивных структур регулирования
(см. § 5.5).
Если требуется раздельная оптимизация работы системы по
управлению и по возмущению, например при настройке регу-
лятора на симметричный оптимум или при статистически опти-
мальной настройке, то канал задания и канал обратный связи
должны иметь раздельные корректирующие цепочки. Регуля-
тор, представленный на рис. 5.42, в замкнутом контуре работает
как ПИ-регулятор (обеспечивая тем самым соответствующий
характер отработки возмущений), а по отношению к задаю-
щему воздействию ведет себя как И-регулятор. В других слу-
чаях, хотя регулятор и обладает одинаковыми свойствами по
отношению к изменениям задающего воздействия и регулируе-
268

Рис. 5.42. И-регулятор с вклю-
ченным на входе демпфирую-
щим звеном
Рис. 5.41. Операционный уси-
литель как ПИД-регулятор.
При С2=0 ПИ-регулятор, при
' Ci = oo ПД-регулятор
мой переменной, однако в канале задания предусматривают
интегратор или апериодическое звено для демпфирования за-
дающего сигнала (см. рис. 5.37). В случае использования ком-
пенсирующих связей настройка регулятора оказывается 'кри-
тичной к неточности реализации параметров.
Если задачей регулятора является компенсация колеба-
тельного звена в передаточной функции объекта регулирова-
ния, то его следует реалиаовать как ПИД-регулятор с раздельно
настраиваемыми П-, И4 иШ-Ьвставляющими. С помощью клас-
сического ПИД-р,щ^11^Щ1|11зс)браженного на рис. 5.41, воз-
можна лишь апжи0мШдавЖ®агтР°йка- Используя интеграль-
ные операционна^л’дай'лители, можно реализовать регулятор
приемлемой слотртга&ти (рис. 5.43). Для согласования регуля-
тора с объектоврегулирования необходимо произвести его
тщательную насфвюйку.
Оптимизациях гонтуров регулирования часто бывает затруд-
нена наличием,рысших гармоник в сигнале регулирования.
Рис. 5.43. ПИД-регулятор с раздельной настройкой П-, И- и Д-состав-
ляющих
269

Причинами их возникновения являются неидеальность измери-
тельных и задающих устройств, дискретный характер работы
выпрямителя, а также собственные колебания механической
части или наведенные помехи. Если нет возможности устранить
причину появления высших гармоник или в достаточной сте-
пени ослабить их с помощью звеньев системы, имеющих филь-
трующие свойства, для подавления высших гармоник необхо-
димо применять фильтры. В большинстве случаев апериоди-
ческие фильтры выполняются в виде пассивных ДС-цепей
с передаточной функцией F= 1/(1 +рт)п.
Для описания фильтра служат отношение амплитуд|Е| при
характерной частоте возмущающего воздействия (помехи) o;s
и отрицательный угол сдвига фаз ср при определенной частоте
среза aid. контура регулирования. Отношение амплитуд | F| ха-
рактеризует фильтрующее действие цепи, угол сдвига фаз <р
при частоте cod — обусловленное этой цепью уменьшение запаса
устойчивости контура регулирования. На рис. 5.44 для п=1;
2; 3 в виде диаграммы показана связь между этими величи-
нами. Для требуемого отношения амплитуд | F | (1) и выбранного
числа звеньев п по сот (2) определяется постоянная вре-
мени т цепи, соответствующая частоте возмущающего воздей-
ствия cos. По частоте среза данной системы a>d (5) можно опре-
делить значение фазового сдвига ср, вносимого фильтром (4).
Возмущения на частотах, близких к частоте среза контура
регулирования, не могут быть в достаточной степени подавлены
270

указанными пассивными цепями, если уменьшение частоты
среза недопустимо. В этих случаях необходимый результат мо-
жет быть достигнут с помощью настраиваемого активного
фильтра (рис. 5.45). Активный фильтр должен быть тщательно
настроен на самую низкую частоту возмущений. Для развязки
фильтра с остальной частью системы используют операцион-
ные усилители.
5.3.	НЕЛИНЕЙНЫЕ СИСТЕМЫ
5.3.1.	Существенные нелинейности и их гармоническая линеаризация
[5.52—5.59]. Тщательный анализ показывает, что объекты регулирования си-
стем электропривода в большинстве случаев содержат нелинейности и па-
раметры, зависящие от рабочей точки. Нелинейными системами в настоящем
разделе будем считать системы, работа которых в такой степени определя-
ется нелинейностями, что этот факт необходимо учитывать при проектиро-
вании. В остальных случаях достаточен расчет линеаризованной системы.
Принципиально необходимо различать системы, которые могут быть раз-
биты на линейные, частотно-зависимые звенья и нелинейное, не зависящее от
частоты звено, и системы, не допускающие разделения частотно-зависимых и
нелинейных звеньев.
Линейные системы с не зависящим от частоты нелинейным звеном
можно проектировать, используя понятие эквивалентного комплексного коэф-
фициента передачи нелинейного звена. Разработанный с этой целью мате-
матический аппарат позволяет с достаточной точностью анализировать устой-
чивость или определять параметры устойчивых автоколебаний, а также
судить о запасе устойчивости. Вместе с тем он не позволяет оценивать
переходную характеристику системы. Нелинейные системы, в которых нельзя
выделить частотно-независимое нелинейное звено, следует исследовать с по-
мощью уравнений в форме переменных состояния. Уравнения состояния поз-
воляют наряду с оценкой устойчивости осуществлять расчет переходных ха-
рактеристик и их оптимизацию по заданному критерию. За исключением
271

Рис. 5.46. Система регулирования с нели-
нейным звеном
простых случаев, уравнения состояния не-
обходимо решать с помощью аналоговых
или цифровых ЭВМ.
Пусть имеется нелинейная система, показанная на рис. 5.46. Все линей-
ные частотно-зависимые звенья объединены в блок Ftfat), все нелинейные —
в блок N(Xe). Нелинейность N(хе) не зависит от частоты. Поэтому она мо-
жет быть описана статической характеристикой xa=f(xe). Наиболее часто
встречающиеся в системах привода нелинейности показаны на рнс. 5.47, а — д.
На рис. 5.47, а изображена релейная характеристика с зоной нечувствитель-
ности, которая встречается в реле или простых измерительных элементах.
У характеристики на рис. 5.47, б вблизи нулевой точки имеется область ма-
лого усиления. Этим свойством обладают двигатели, некоторые измеритель-
ные устройства, электронные усилители. На рис. 5.47, в изображена характе-
рно. 5.47. Типовые нелинейности и нх гармоническая линеаризация: а — трех-
позиционное звено; б—звено с зоной нечувствительности; в—звено с огра-
ничением; г — двухпозиционное звено с гистерезисом; д — звено с люфтом;
е — модуль эквивалентного комплексного коэффициента передачи гармони-
чески линеаризованных нелинейностей; ж — фаза эквивалентного комплекс-
ного коэффициента передачи
272

ристика с насыщением. Такая характеристика свойственна электронным уси-
лителям, ограничительным цепям, а также в известной степени электрома-
шинным усилителям. На рис. 5.47, г представлена релейная характеристика
с гистерезисом, которая обычно реализуется при релейном регулировании.
Показанная на рис. 5.47, д характеристика типа люфта (зазора) иллюстри-
рует передаточные свойства механических соединений и передач с люфтом.
Чтобы иметь возможность исследовать взаимодействие нелинейного звена
с линейными, предположим (так же, как это делается при описании линей-
ных звеньев с помощью частотных характеристик), что на нелинейное звено
подается синусоидальный входной сигнал
хе (?) = Хе sin <at.
В этом случае выходная величина нелинейного блока представляет собой
периодическую несинусоидальную функцию
Хд (/) — Xai sin (<о/ -|- Фх) -|- X sin (2a>t -j- Ф2) -j- • • •	(5.54)
Так как содержащиеся в выходном сигнале высшие гармоники ослабля-
ются благодаря фильтрующему действию линейных звеньев контура регули-
рования, при анализе рассматривается только первая, основная, гармоника
выходного периодического сигнала, влияние же высших гармоник не учиты-
вается. Эквивалентный комплексный коэффициент передачи * гармонически
линеаризованного нелинейного звена определяется как отношение изображе-
ния по Фурье основной гармоники выходного сигнала к изображению вход-
ного гармонического сигнала:
* (хе) = -*»- = -^1- е/(<°^Ф1)- =	.	(5.55)
Хе Хе	Хе
Его можно определить для любой нелинейности с помощью гармонического
анализа выходной величины. Эквивалентный комплексный коэффициент пе-
редачи нелинейного звена является функцией амплитуды входного сигнала.
Он представляет собой вещественную величину для нелинейностей, не имею-
щих гистерезиса, и комплексную величину для нелинейностей с гистерезисом.
Вследствие эффекта гистерезиса основная гармоника входной величины от-
стает по фазе от входной величины. На рис. 5.47, е, ж в нормированном
виде представлены амплитуда и фаза эквивалентного комплексного коэффи-
циента передачи для некоторых типовых нелинейностей. Согласно критерию
Найквиста, наличие незатухающих синусоидальных колебаний в замкнутой
системе соответствует нахождению этой системы на границе устойчивости,
что определяется прохождением амплитудно-фазовой характеристики разомк-
нутой системы через точку —1 на вещественной оси, т. е. равенством
F (/и) N (хе) = - 1	(5.56)
или
F (/со) = - 1/N (хе).
Для получения графического решения данного уравнения с целью опре-
деления амплитуды и частоты автоколебаний, а также исследования их
устойчивости целесообразно изобразить амплитудно-фазовую частотную ха-
рактеристику F(j(a) линейных звеньев контура регулирования и взятую
с противоположным знаком обратную характеристику —i/N(xe) нелинейного
звена на одном графике. Удобно использовать для этого представление в ло-
гарифмическом масштабе lg I F (ja>) | = f [ф (/со)] или lg | 1/N (хе) | =
= И — 180° — Ф (*>)] (рис. 5.48).
* В немецком оригинале употреблен термин «описывающая функция»,
весьма редко встречающийся в отечественной литературе. Вместо него обычно
используют термины «комплексный коэффициент гармонической линеариза-
ции» или «эквивалентный комплексный коэффициент передачи». Последний
термин и принят в настоящем издании.— Прим. ред.
273

Рис. 5.48. Взаимодействие линей-
ных и нелинейных звеньев в зам-
кнутой системе
В соответствии с условиями
(5.56) система является устойчи-
вой, пока частотная характери-
стика располагается справа
от обратной амплитудно-фазовой
характеристики нелинейности
—1/N(xe). Если частотная харак-
теристика линейной части прохо-
дит слева от обратной ампли-
тудно-фазовой характеристики
нелинейного звена, система не-
устойчива. Точки пересечения
характеристик соответствуют гра-
нице устойчивости. Точка пересе-
чения (Pi), к которой система стремится как при возрастании, так и при
убывании амплитуд колебаний, соответствует устойчивым автоколебаниям.
Если в системе не возникают автоколебания и имеется достаточный за-
пас устойчивости, расстояние между частотной характеристикой линейной
части и обратной амплитудно-фазовой характеристикой нелинейности должно
во всем амплитудном диапазоне составлять 30—60°.
Если устойчивые автоколебания желательны, целью динамической кор-
рекции нелинейных систем является определение частоты и амплитуды этих
колебаний в соответствии с конкретной задачей. Если же устойчивые авто-
колебания нежелательны, их необходимо предупредить во всем диапазоне
амплитуд. Динамическая коррекция может быть осуществлена либо измене-
нием частотной характеристики линейных звеньев замкнутой системы, либо
изменением обратной амплитудно-фазовой характеристики нелинейных
звеньев.
Если нелинейность не имеет гистерезиса, вызываемое ею изменение коэф-
фициента усиления зависит лишь от амплитуды. Его можно компенсировать
с помощью нелинейного корректирующего устройства. На рис. 5.49 показано
нелинейное корректирующее устройство, которое способно компенсировать
малую чувствительность измерительных устройств и усилителей при очень
малом уровне сигнала. Данная схема может быть использована в измери-
тельных, суммирующих и регулирующих усилителях. Настройка нелинейного
корректирующего устройства оказывается критичной к изменению ширины
компенсируемой зоны нечувствительности усилителя или измерительного
устройства. Из-за отрицательного фазового сдвига эквивалентного комплекс-
ного коэффициента передачи гистерезисные нелинейности постоянно вызы-
вают ухудшение устойчивости системы. Параметры линейных звеньев контура
регулирования должны выбираться в соответствии с оптимумом по модулю.
При настройке на симметричный оптимум может возникнуть неустойчивость
Рис. 5.49. Схема и статическая характеристика нелинейного корректирую-
щего устройства
274

Рис. 5.50. Нелинейность типа «люфт»
в контуре регулирования
1 — обратная амплитудио-фазовая характе-
ристика — 1/N(xe ) люфта; 2 — частотная ха-
рактеристика линейной части системы, на-
строенной на оптимум по модулю; 3 —-ча-
стотная характеристика линейной части си-
стемы. настроенной на симметричный опти-
мум; 4 — точка, соответствующая устойчивым
автоколебаниям
Рис. 5.51. Обратная амплитуд-
но-фазовая характеристика
—1/N(xe) люфта с зоной не-
чувствительности
^=азоны нечувств/алюфта: иа кри-
вых — значения а/Хе
(рис. 5.50). Опасность возникновения колебаний существует прежде всего
при малых амплитудах сигнала. В связи с этим добиться улучшения дина-
мики можно путем введения зоны нечувствительности. Ширина зоны нечув-
ствительности должна быть сопоставима с шириной люфта (рис. 5.51). Часто
для обеспечения устойчивости достаточно уже имеющейся зоны нечувстви-
тельности звеньев контура регулирования [5.54].
5.3.2.	Релейные системы [5.60]. Применение тиристорных ключей для по-
стоянного и переменного тока позволяет осуществлять релейное управление
с достаточно высокой частотой переключений (см. § 3.4). На рис. 5.52, а
представлена функциональная схема системы регулирования частоты враще-
ния двигателя постоянного тока с подчиненным контуром тока, реализую-
щим релейное управление. Верхнее и нижнее граничные значения ошибки
регулирования тока воспринимаются бесконтактным пороговым переключа-
телем. Непосредственно с него снимаются управляющие импульсы главного
5) '
'Mmin
у Т? Г включение
(_гасящего
тиристора
г- включение
С главного
^-тиристора
}мтак

4
Рис. 5.52. Система регулирования частоты вращения с подчиненным конту-
ром релейного регулирования тока: а—функциональная схема; б — управ-
ление тиристорным переключателем
275

и гасящего тиристоров (рис. 5.52,6). Тем самым обеспечивается простота
обработки сигналов. Этот вид импульсного управления осуществляется при
постоянной амплитуде колебании тока двигателя Л/м. Вследствие этого ча-
стота следования импульсов неизбежно изменяется в зависимости от значе-
ния коэффициента передачи у контура тока (см. п. 3.4.1).
На рис. 5.53 изображены диаграмма выходного напряжения тиристор-
ного переключателя, а также соответствующая ей кривая ошибки регули-
рования тока. Из приведенных диаграмм непосредственно может быть оп-
ределена статическая характеристика тиристорного ключа. Она изображена
на рис. 5.53, б и представляет собой релейную характеристику с гистерези-
сом. Структурная схема рассмотренной системы регулирования показана на
рис. 5.54. Важным звеном контура регулирования тока является тиристор-
ный ключ, представляющий собой релейное звено с гистерезисом. Контур
имеет большую электромагнитную постоянную времени якорной цепи Тд и
большей частью неизбежную малую постоянную времени фильтра датчика
тока тг. Принцип релейного регулирования тока основывается на периоди-
ческом замыкании и размыкании контура тока, вследствие чего в системе
возникают стационарные нелинейные колебания. На основе структурной
схемы эти колебания можно рассчитывать также с учетом постоянной вре-
мени датчика тока, которая при построении диаграмм на рис. 5.53 не при-
нималась во внимание, и других частотно-зависимых звеньев. На рис. 5.55
показаны амплитудно-фазовые характеристики линейных звеньев контура
регулирования тока (/) и релейного звена с гистерезисом (2). Точка пере-
сечения этих кривых характеризует устойчивые автоколебания с частотой и
амплитудой первой гармоники. Возможность коррекции этих величин может
быть предметом отдельного обсуждения.
Замкнутый контур регулирования тока ведет себя как линейное без-
инерционное звено, пока частота следования импульсов fp больше частоты
сигнала f (см. § 4.2): fp[6>f. Так как частота следования импульсов может
быть выбрана порядка нескольких сотен герц, релейный контур регулирова-
ния тока в большинстве случаев является весьма быстродействующим. Рас-
чет внешнего контура регулирования частоты вращения не вызывает за-
труднений.
Рис. 5.53. Принцип ра-
боты (а) и статиче-
ская характеристика (б)
тиристорного ключа
При использовании импульсных сервоприводов могут возникать трудно-
сти, связанные с переменной частотой следования импульсов. Наибольшую
трудность представляют обеспечение помехо-
защищенности и устранение влияния электро-
привода на сеть (см. п. 3.4.4).
Приводы с импульсными инверторами
для питания асинхронных или синхронных
двигателей оснащены системой релейного ре-
гулирования тока в каждой фазе статорной
обмотки. На рис. 5.56 показан принцип по-
строения ' таких систем, согласно которому
сигналы задания тока в каждой фазе выра-
батываются задатчиком трехфазного тока
в функции зависящего от скольжения задан-
Рис. 5.54. Структурная схема системы регу-
лирования, показанной на рис. 5.52, а
276

Рис. 5.55. к определению авто-
колебаний в контуре тока, изо-
браженном на рис. 5.52
1 — характеристика линейной части;
==0,02 с; Ту—0,001 с; коэффициент
усиления в соответствии с настройкой
на оптимум по модулю У=10; 2 — об-
ратная амплитудно-фазовая характе-
ристика релейного звена с гистерези-
сом; а — половина ширины гистере-
зисной петли
усилителях, силовых преобразователях и
кого значения тока. Благодаря
этому оказывается возможным
быстрое регулирование асинхрон-
ных двигателей, хотя и с боль-
шими затратами.
Релейное регулирование ча-
стоты вращения асинхронных дви-
гателей возможно лишь при опре-
деленных условиях (см. § 3.6).
5.3.3. Системы с ограничени-
ями {5.62]. Естественные ограни-
чения, имеющиеся в электронных
электрических. машинах, ограничивают максимально возможную скорость
изменения регулируемых величин при больших амплитудах изменения зада-
ющих сигналов и возмущающих воздействий. Тем самым они определяют
возможное значение времени нарастания Тп при больших входных сигналах
и диапазон значений возмущающих воздействий, которые могут быть отра-
ботаны системой. Ниже приведены ориентировочные значения максимального
выходного напряжения преобразователя £7тах, отнесенного к номинальному
выходному напряжению преобразователя в рабочей точке Ux, с учетом этих
факторов:
Питание якоря двигателей постоянного тока:
нереверсивные и нормальные реверсивные приводы........... 1,1—1,2
скоростные реверсивные приводы (например, приводы по-
дачи металлорежущих станков) .......................... 1,5—2,0
Питание обмоток возбуждения двигателей и генераторов при необ-
ходимости быстрого изменения потока возбуждения .... 3,0—5,0
При задании ограничения статических характеристик регуляторов сле-
дует принимать во внимание допустимый диапазон регулирования напряже-
ния преобразователя, а также необходимость ограничения некоторых регу-
лируемых величин. Ограничение выходного напряжения регулятора опреде-
ляет одновременно и максимальное быстродействие системы при отработке
больших значений ошибки регулирования. Следовательно, указанное ограни-
чение выполняет также и важную защитную функцию. На рис. 5.4 это на-
глядно показано на примере ограничения заданного значения тока. Для по-
лучения точной и, кроме того, перестраиваемой статической характеристики
используются резисторно-диодные цепи.
Динамическая оптимизация системы по модулю или симметричному оп-
тимуму не гарантирует минимальной ошибки регулирования в следящей си-
стеме при ограничении характерных переменных состояния. Задача синтеза
оптимальных регуляторов для систем с ограничениями, как правило, может
быть решена лишь с большими затратами. Практически приемлемые резуль-
таты дает следующий приближенный метод [5.61].
Рассмотрим следящую систему, изображенную на рис. 5.57. Допустим,
что задающая величина и ее первая производная ограничены:
w (f)< 11 w (t) < wm.	(5.57; 5.58)
277

Рис. 5.56. Релейная система регулирования тока импульсного инвертора для
питания асинхронного двигателя
DSQ— задатчик трехфазного тока; fа — функция управления; со —заданное значение
s	5
угловой скорости вектора тока статора относительно неподвижной системы координат
Передаточная функция регулятора FR должна быть так согласована
с передаточной функцией объекта регулирования Fs, чтобы при ограничен-
ном управляющем воздействии
I У (О I Ут
ошибка регулирования достигала минимального значения:
I xw (0 | < е.
Включенный на входе фильтр с передаточной функцией
FF (/и) =
1
1 + Pl®w
(5.59)
(5.60)
(5.61)
при его правильном расчете обеспечивает необходимое ограничение произ-
водной задающего сигнала. Сопрягающая частота со» должна составлять
л
(Оо» = -------wm-
2
Условия (5.60) и (5.59) приводят к неравенствам:
\Ff	(/со)] | <е;
I F & №) I С
Fs (/to)
Ff (/и)
Ут,
(5.62)
(5.63)
(5.64)
которым амплитудно-фазовая частотная характеристика
по задающему воздействию
замкнутого контура
rg(p»= _ZgQ'«»^(/to)
g 1 +f«(/to)fS(/to)
(5.65)
должна удовлетворять для всех со.
Рис. 5.57. Структурная схема
следящей системы
278

Рис. 5.58. Допустимые границы для частотной характеристики замкнутого
контура
Руководствуясь соображениями практической реализуемости, будем счи-
тать, что Fe(p)—передаточная функция колебательного звена:
Fg (Р) =
(5.66)
(Ojv \ Wjv /
причем параметры d и <ow необходимо определить. Неравенства (5.63) и
(5.64) позволяют построить граничные амплитудные частотные характери-
стики, представленные на рис. 5.58.
При d=0,7 для максимальной ошибки регулирования получим е=
=2do>w/Mw. Частота среза верхней граничной характеристики, соответствую-
щей знаку равенства в выражении (5.64), обозначена как о><-. Если предпо-
ложить, что эта характеристика в области частоты среза имеет наклон
—20 дБ/дек, то для d=l получим <ол =2<ос, а для а = 0,7 будем иметь
<ow = 1,4<ос. Ошибка регулирования в обоих случаях равна e=<t>w/<oc, что
почти не отличается от минимального значения. Параметры регулятора окон-
чательно определяются путем сравнения коэффициентов (5.65) и (5.66).
Описанный принцип оценки граничных значений может быть использован
также и для некоторых других характерных схем регулирования при нали-
чии ограничений [5.61].
5.3.4. Оптимальное управление нелинейными системами [5.62—5.73]. Под
оптимальным управлением будем понимать такое управление системой, в об-
щем случае нелинейной, которое обеспечивает при заданных ограничениях
оптимальное по отношению к выбранному критерию изменение переменных
состояния системы. В общем случае необходимо обеспечить экстремум неко-
торого, надлежащим образом выбранного функционала V, соответствующего
критерию оптимизации и являющегося функцией вектора управления u(Z)>
ректора состояния x(t) и времени:
V [и (fy, х (fy, 1]->extr.
Получить решение этой вариационной задачи в общем виде невоз-
можно. Технически можно рассчитать некоторые характерные частные случаи
[5.62], в ряде других случаев найдены приближенные решения, близкие к оп-
тимуму [5.69]. В сложных случаях целесообразно моделировать систему на
вычислительной машине и методом проб и ошибок отыскивать оптимальные
законы изменения переменных состояния. Оптимизация работы системы при
больших входных сигналах обычно предполагает и оптимизацию в режиме
малых сигналов (см. § 5.2).
В качестве типичного примера рассмотрим оптимальную по быстродей-
ствию систему регулирования исполнительного привода. Допустим, что ее
задача заключается в том, чтобы регулируемая величина х отслеживала скач-
кообразное изменение Xs задающей (управляющей) величины за макси-
279

Рис. 5.59. Исполнительный привод с контуром положения. Ограничение ско
рости (1) н ускорения (2)
мально короткий промежуток времени. Таким образом, задача состоит в до-
стижении оптимума (минимума) времени, необходимого для перемещения.
Если бы переменные состояния системы могли принимать любые значения,
то можно было бы изменить переменную х за время, соответствующее вре-
мени нарастания Тп контура, настроенного на оптимум по модулю. В дей-
ствительности же в данной системе существуют определенные ограничения.
На рнс. 5.59 показана структурная схема рассматриваемой системы. Суще-
ственными в ней являются ограничение задания скорости (частоты враще-
ния) и, следовательно, самой скорости значением н ограничение зада-
ния ускорения и, следовательно, самого ускорения значением 5Шах. Другие
имеющиеся в системе ограничения, например ограничение выходного напря-
жения управляемого преобразователя, не влияют на работу системы.
Очевидно, что система является оптимальной по быстродействию при
постоянном использовании указанных ограничений. На первом этапе про-
цесса движения система из неподвижного состояния разгоняется с макси-
мальным ускорением до максимальной угловой скорости:
bi = &шах = const; ti>i = Cibmaxt;
Axi =------CjCa&maxt2.
2
(5.67; 5.68)
(5.69)
Первый этап заканчивается, когда <Bj достигает значения сотах. Для
этого необходимо время ti, а пройденный путь равен xi.
На втором этапе система работает с максимальной угловой скоростью:
5g — 0; cog — сощах — const; Axg — t^geimax^- (5-70; 5.71; 5-72)
Для второго этапа необходимо время /г, а пройденный путь равен хг.
Этот этап считается законченным, когда ошибка регулирования по положе-
нию достигает значения хз, необходимого для максимально быстрого воз-
врата системы в состояние покоя: x=Xs—(Xt+Xz) =Хз.
На третьем этапе система с максимальным замедлением возвращается
в состояние покоя:
b3 = — &тах = const;
соз — сотах — Сх^тахС (5-73; 5.74)
Ахз = СзСОтах^ — ------С1С25гпах^2-
2
(5.75)
Этот этап заканчивается, когда со3 достигает нуля. Для этого требуется
время <з; пройденный же суммарный путь равен хз. Описанный процесс дви-
жения представлен на рис. 5.60, а. Очевидно, что это оптимальный по ми-
нимуму времени протекания процесс. В то время как на первом и втором
этапах желаемый оптимальный процесс можно получить путем ограничения
переменных при достаточно большом коэффициенте усиления контура, не
принимая специальных мер, для третьего этапа этого недостаточно. Для
получения оптимального по времени процесса нужно управлять приводом
таким образом, чтобы обеспечить движение вдоль фазовой траектории <в3=
280

Рис. 5.60. Управление, оптимальное по
быстродействию:	а — исполнительным
приводом, показанным на рис. 5.59; б —
обычное управление (для сравнения)
=)(Дхз), которую можно найти из
уравнений (5.74) и (5.75), исключив
время /:
Q
Дх, = ----?---	— «„ат®,) —
о Л* А \ max max о/
^l^max
-------(“тах-“з)2 =
1°глах
Со	/ 0)2	0)2
z	I max	з
Climax \	2	2
Время, затрачиваемое на третий этап, получаем
^3 ~ е>гпах/(б?х^тах)-
Путь, пройденный на этом этапе, равен
1 C2wmax
Лз —---------------.
2 Climax
из уравнения (5.74):
(5.77)
(5.78)
Ошибка регулирования по положению на третьем этапе на основании
выражений (5.76) и (5.78) определяется следующим образом:
(_> Q	COq
Хз — Дх3 = ------------ ---
Cj&max 2
(5.79)
Целесообразно вместо переменной состояния Дх3 ввести в рассмотрение
переменную состояния Хз—Дх3, так как последняя представляет собой
ошибку регулирования контура положения н может быть измерена непо-
средственно. Искомая фазовая траектория описывается уравнением
Рис. 5.61. Фазовая траектория при оптимальном по быстродействию управ-
лении
281

(03= Л/2--^-bmaK(xa—Дх3) •	<5-й°)
V	с2
Техническая реализация оптимального по быстродействию управления
осуществляется путем придания регулятору Gx нелинейных свойств в соот-
ветствии с зависимостью (5.80). На третьем этапе фазовая траектория, опи-
сываемая уравнением (5.80), характеризуется начальным состоянием
Дх3 = 0;	о>3 =	2 Ьтахх3	(5.81)
и конечным состоянием
Дх3 = х3;	<о3 = 0.	(5.82)
Переменная состояния Ь3 в течение третьего этапа имеет предельное
значение &з = —('mas- На рис. 5.61 показана фазовая траектория в про-
странстве состояний, соответствующая оптимальному по быстродействию
переходному процессу. На рис. 5.60, б оптимальному по быстродействию пе-
реходному процессу противопоставлен переходный процесс неоптимизиро-
ванной системы. Так как на третьем этапе не полностью используется допу-
стимый диапазон изменения переменных состояния, для данного процесса
требуется большее время.
5.4.	АДАПТИВНЫЕ СИСТЕМЫ
5.4.1.	Принцип адаптивного управления [5.74—5.79]. Необходимость
в адаптивном управлении возникает, если структура или какой-либо суще-
ственный параметр объекта регулирования изменяются в зависимости от
какой-то характерной переменной состояния системы или времени. Основной
принцип адаптивного управления состоит в таком изменении структуры и
параметров регулятора в зависимости от структуры и параметров объекта
регулирования, при котором во всей рабочей области имеет место опти-
мальное согласование регулятора с объектом. Адаптивное управление целе-
сообразно применять в том случае, если происходит изменение структуры
объекта регулирования или когда его параметры изменяются больше, чем
в соотношении 1 : 2. Если в последнем случае настройка регулятора остается
неизменной, то это часто приводит к нежелательному снижению быстродей-
ствия системы.
Для реализации адаптивной системы необходимы устройство для опре-
деления структуры и параметров (идентификации) объекта регулирования,
устройство для расчета соответствующей настройки регулятора (вычисли-
тельное устройство) и устройство для изменения параметров регулятора.
В электроприводах в большинстве случаев, как известно, существует одно-
значная зависимость параметров объекта регулирования от какой-либо из-
меряемой переменной,* что делает возможным использование принципа
«управляемой» адаптации (рис. 5.62).
Рис. 5.62. Принцип управляемой адаптации
— Сигнал регулирования
— Сигнал адаптации
* С этим заключением авторов трудно согласиться.— Прим. ред.
282

Рис. 5.63. Адаптивная система регулирования частоты вращения и потока
двигателя постоянного тока с независимым возбуждением
Fnp — передаточная функция преобразователя
В качестве типичного примера на рис. 5.63 приведена одна из возмож-
ных структур системы регулирования электропривода постоянного тока
с двухзонным регулированием частоты вращения [5.76]. Нелинейная зависи-
мость (1) между током возбуждения двигателя, регулируемым с помощью
подчиненного контура тока, и потоком компенсируется специально введенной
в систему нелинейностью (2). Возникающая при получении электромагнит-
ного момента двигателя нелинейность (3) в виде произведения тока якоря
и потока компенсируется с помощью устройства деления (4). Противо-ЭДС
двигателя, также являющаяся произведением — на этот раз угловой скоро-
сти и потока, компенсируется, точнее, отрабатывается контуром регулирова-
ния тока как внешнее возмущение. Вместо устройства деления можно преду-
смотреть ступенчатое или плавное изменение параметров регулятора ско-
рости (5).
5.4.2.	Адаптивные системы регулирования тока якоря в электроприводах
постоянного тока [6.80—6.82]. Объект регулирования контура тока может
быть представлен структурными схемами, показанными на рис. 5.64 (ср.
с § 4.2); прн этом дискретный характер работы вентильного преобразователя
не учитывается. При переходе от непрерывного тока к прерывистому аперио-
дическое звено, обусловленное индуктивностью цепи якоря, превращается
в безынерционное, а его коэффициент передачи снижается до значения, ко-
торое согласно выражению (4.88) зависит от продолжительности протекания
тока $2—Oi, противо-ЭДС двигателя н параметров схемы. Структуру регуля-
тора следует, таким образом, переключить с ПИ на И, а коэффициент пере-
дачи установить в соответствии с длительностью протекания тока. Зависи-
мость коэффициента передачи от противо-ЭДС двигателя в большинстве слу-
чаев можно не учитывать.
Рнс. 5.64. Структурная схема объекта регулирования контура тока: а —
в области непрерывного тока; б — в области прерывистого тока
283

Рис. 5.65. Принципы построения адаптивных регуляторов тока якоря
Перестройка параметров регулятора осуществляется в функции тока
якоря. Целесообразно определять длительность протекания тока tfo (см.
рис. 3.11) и использовать эту величину для адаптации, поскольку она прямо
пропорциональна коэффициенту передачи и может быть измерена без -Какого-
либо запаздывания. Можно также измерять среднее значение тока i и ис-
пользовать его в качестве управляющей величины, однако сам принцип полу-
чения среднего значения предполагает внесение определенного запаздывания.
На рис. 5.65 показаны три принципа построения адаптивных регулято-
ров тока якоря. В первой схеме (а) использовано множительное устройство,
включенное в прямой канал. Коэффициент усиления перестраивается под
действием управляющего сигнала tf0 или I. Структура регулятора при этом
остается неизменной. Во второй схеме (б) в зависимости от значения tf0
или i происходит переключение схемы регулятора. В области прерывистого
тока регулятор работает как интегратор, соответственно устанавливается и
его коэффициент передачи. В третьей схеме (в) интегрирование производится
после переключения. Благодаря этому удается избежать бросков тока в мо-
мент переключения. В качестве переключателей во всех случаях использу-
ются бесконтактные элементы. Параметры регулятора выбираются в соответ-
ствии с правилами оптимизации, приведенными в § 5.2.
5.5.	ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ
5.5.1.	Применение частотно-аналоговых и цифровых сигналов в регули-
руемых электроприводах [6.83, 6.84]. Основные характеристики аналоговых,
частотно-аналоговых и цифровых сигналов представлены в табл. 2.8. С по-
зиций теории информации сигналы характеризуются [5.83]:
числом уровней квантования т; при этом для цифровых сигналов
т=1/а + 1, где а — разрешающая способность сигнала (точность измерения);
для аналоговых сигналов m=l + l/(2F), где — относительная погрешность
измерения аналогового сигнала;
временем обработки сигнала, или операционным временем, /в рассмат-
риваемого устройства обработки сигналов;
284

Рис. 5.66. Точность и операционное
время устройств обработки сигна-
лов
Частотно-
аналоговые
Цифровые.
' сигналы'-.
а
2 10
Аналоговые,
'гибридные
,-з _
1О'г
1О'г 10'* 1О'е с Ю'а
it "

граничной частотой спектра сиг-
нала fe; при этом согласно теореме
развертки (теореме Котельникова)
fg = l/(2<E);
пропускной способностью ин-
формационного канала Ct = Vom/tE
(lb — логарифм по основанию 2).
Реализуемые в настоящее время
значения этих характеристик пред-
ставлены на рис. 5.66 [5.84]. Выбор
наиболее подходящего для конкрет-
ной задачи типа сигнала осуществляется с учетом имеющихся задающих
устройств, измерительных элементов и устройств обработки сигналов, а также
с учетом необходимости обеспечения достаточного уровня надежности и
помехозащищенности при передаче и обработке сигналов (см. гл. 7).
Используя различные свойства сигналов, в настоящее время в технике
привода применяют преимущественно смешанную аналого-цифровую (гибрид-
ную) обработку сигналов. С учетом высокой точности цифровых датчиков
системы регулирования положения, системы синхронного вращения, особо
точные системы регулирования частоты вращения реализуются как частотно-
аналоговые или цифровые. Контуры регулирования тока и обычные системы
регулирования частоты вращения реализуются, с учетом высокой скорости
обработки сигналов, как аналоговые.
5.5.2.	Построение цифровых систем регулирования [5.85—
5.93]. Интегральные микросхемы средней и высокой степени
интеграции обеспечивают возможность построения эффектив-
ных цифровых систем регулирования. Частотно-аналоговые
системы (рис. 5.67), как правило, содержат счетчики, цифро-ана-
логовые и аналого-цифровые преобразователи. Корректирую-
щие устройства выполняются в большинстве случаев аналого-
выми. В приведенном примере предусмотрена также подача
сигнала, пропорционального скорости изменения задающей
Рис. 5.67. Частотно-аналоговая система регулирования позиционного элек-
тропривода
/ — устройство сравнения; 2 — устройство управления направлением счета; 3 — ревер-
сивный счетчик; 4 — нуль-орган; 5 — цифро-аналоговый преобразователь; 6 — регулятор
положения; 7 — регулятор частоты вращения и управляемый преобразователь; 8 — ис-
полнительный двигатель; 9 — тахогенератор; 10 — импульсный датчик; // — селектор-
ная схема; 12 — преобразователь частоты в напряжение
285

Рнс. 5.68. Цифровая система регулирования частоты вращения на основе
микро-ЭВМ
/ — микро-ЭВМ; 2 — регулятор частоты вращения; 3 — регулятор тока; 4 — датчик тока;
5 — счетчнк импульсов; 6 — система нмпульсио-фазового управления; 7 — формирова-
тель импульсов; 8 — усилитель импульсов; 9 — фильтр; J0 — устройство синхронизации
с сетью
величины, на регулятор частоты вращения с целью компенсации
скоростной ошибки.
Цифровые системы могут быть построены и на основе мик-
ро-ЭВМ. Показанная на рис. 5.68 цифровая система регулиро-
вания частоты вращения содержит подчиненный цифровой кон-
тур тока. Импульсы управления вентильного преобразователя
формируются непосредственно микро-ЭВМ. Для этого необхо-
дима синхронизация с напряжением сети. Алгоритмы регули-
рования выполняются в цифровом виде. Необходимые свой-
ства придаются регулятору путем его программирования.
В то время как частотно-аналоговая система регулирования
работает непрерывно, цифровая система работает дискретно.
Математически она представляет собой дискретную систему
автоматического управления.
5.5.3.	Коэффициенты передачи типовых звеньев цифровых
систем регулирования [5.94]. Пока период дискретности цифро-
вого измерительного и регулирующего устройства является
малым по сравнению с постоянными времени системы, он не
влияет на работу системы. Цифровые или частотно-аналого-
вые звенья системы, как и аналоговые звенья, описываются
исключительно их коэффициентами передачи. В других случаях
наряду с коэффициентами передачи следует учитывать дис-
кретный характер работы.
Коэффициенты передачи определяются по общей схеме,
изображенной на рис. 5.69. Входные величины могут быть как
частотно-аналоговыми fs, f{, так и цифровыми zs, z, (индек-
сами s и i обозначены соответственно заданное и действитель-
ное значения рассматриваемых величин). Выходная величина
286

Рис. 5.69. К определению коэффициентов передачи
цифрового звена
z представляет собой сигнал в виде цифро-
вого параллельного кода.
Коэффициент передачи пропорциональ-
ной составляющей:
в случае цифровых входных сигналов
Vpl = z/(zs—zt),
(5.83)
в случае частотно-аналоговых входных сигналов, нормиро-
ванных относительно частоты задающего сигнала,
у _ _________г
р2 (fs-fi)/fs
(5.84)
Для пропорционального преобразования частотно-аналого-
вого сигнала в цифровой необходимо время измерения Тт.
Приращение выходного сигнала за время измерения опре-
деляется выражением
Az=TmA:(fs-M;	(5-85)
следовательно, Vpo = Tmfs. В большинстве случаев время изме-
рения Тт равно периоду дискретности Т.
Коэффициент передачи интегральной составляющей;
в случае цифровых входных сигналов
У1== ------------= ~—------------;	(5.86)
J A(zs — zt)dt	У Mzs — zt)hT
о	k=0
для образования интегральной составляющей необходимо по-
стоянное накопление статической ошибки в тактовых интерва-
лах;
в случае частотно-аналоговых входных сигналов
Vi = --------------= Л;	(5.87)
С A(fizd<Ldt
J fs
О
образование интегральной составляющей происходит непре-
рывно путем постоянного занесения значений задающих вели-
чин и регулируемой величины в счетчик с соответствующим
знаком.
Коэффициент передачи дифференциальной составляющей:
в случае цифровых входных сигналов
у& _____________________________________
[Д (?s	?i)]n ~~ [Д (zs zi)]n—1
(5.88)
где индексы при первых разностях ошибки регулирования
в знаменателе указывают номер такта;
287

в случае частотно-аналоговых входных сигналов
у------------------Аг?---------------(5.89)
[A (fs - h)lfs]n - [A (fs - fi)/fsln-i
Для получения данной производной из частотно-аналого-
вого входного сигнала необходима высокая частота сигнала fs
или значительная длительность такта Т.
Согласование параметров регулятора с параметрами объ-
екта регулирования в гибридных системах осуществляется,
как правило, аналоговыми средствами. Изменить коэффи-
циент усиления цифровым методом можно путем преобразова-
ния кода сигнала или с помощью регистров сдвига. Из-за ог-
раниченной разрядности счетчика диапазон изменения выход-
ного сигнала цифровых регуляторов ограничен. Требуемый
диапазон значений, а также необходимая разрешающая способ-
ность сигнала устанавливаются при проектировании системы.
Часто для сигнала ошибки регулирования и управляющего
сигнала требуется значительно меньший диапазон значений,
чем для задающего сигнала или регулируемой переменной.
В этих случаях можно обойтись значительно меньшей разре-
шающей способностью, отнесенной к максимальному значению
ошибки регулирования. Для сигнала, управляющего силовым
преобразователем, как правило, достаточна разрешающая спо-
собность 1 : 27, в то время как для систем точного регулирова-
ния частоты вращения необходимая разрешающая способность
задающего сигнала и регулируемой переменной составляет
1 : 214, а для систем точного регулирования положения — до
1 : 232.
5.5.4.	Передаточные функции основных звеньев цифровых
систем регулирования [5.95—5.98]. В приводах с высокими ди-
намическими характеристиками обычно необходимо учитывать
дискретный характер работы измерительного устройства, ре-
гулятора или силового преобразователя (см. п. 4.2.2). В этом
случае система рассчитывается как дискретная.
Измерительные элементы. Регулируемая переменная х или
ошибка регулирования w—х в цифровых системах регулиро-
вания периодически измеряется в дискретные моменты вре-
мени (с периодом Т), запоминается и используется на следую-
щем интервале времени в качестве входного сигнала последу-
ющего звена системы (рис. 5.70). Измерительное устройство
работает, следовательно, как импульсный элемент (звено дис-
кретной выборки данных) с периодом дискретности Т, после-
довательно с которым включен фиксатор (экстраполятор
нулевого порядка). Если квантованный повремени входной сиг-
нал х* описать в виде последовательности единичных импуль-
сов до, модулированной амплитудой входного сигнала x(t),
х* (f) = X (f) £ So (f—nT),	(5.90)
n==0
288

Рис. 5.70. Выборка и фиксация регулируемой величины х: а — выборка
мгновенного значения; б— выборка среднего значения, Тт = Т
или в изображениях по Лапласу
х*(р) = f х(пТ")е~пТр,	(5.91)
п=0
то для выходного сигнала фиксатора получим
у (р) = х* (р) Г—--— е~ Гр1 •	(5.92)
L р	р J
Передаточная функция
у(р)/х* (р) —(1—е-Гр)/р	(5.93)
описывает фиксатор.
В системах регулирования частоты вращения сигнал регу-
лируемой переменной или сигнал ошибки получают путем
занесения в счетчик последовательности импульсов за опреде-
ленное время измерения Тт, и содержимое счетчика считыва-
ется с периодом дискретности Т. Так как условие Тт^Т тех-
нически трудно реализовать, а условие Тт^Т приводит к ухуд-
шению динамических характеристик, целесообразно принять
Тт = Т и тем самым синхронизировать процесс измерения и
процесс считывания. Как показывает рис. 5.70,6, этот способ
обработки сигнала может включать в себя и выделение сред-
него значения. В этом случае для считанного сигнала получим
х(пТ) + х(п —1)Г е-птр_
2
п=0
(5.94)
х п=0	2
Передаточная функция, связывающая х*(р) и у(р),
У (р) ,	1 + ё~тр 1 — е*~гр____1 —е~2тр
х*(р)~	2	р “ 2р
называется передаточной функцией фиксатора с выделением
среднего значения.
10 Заказ № 1446	289

Регуляторы. В тех случаях, когда алгоритмы управления
нельзя реализовать • аналоговыми средствами, их реализация
может быть осуществлена с помощью управляющей ЭВМ, вы-
полняющей расчет синхронно с процессом выборки данных.
ЭВМ работает в дискретном режиме, т. е. воспринимает в оп-
ределенные моменты времени (с интервалом Т) значения вход-
ного сигнала и формирует выходной сигнал из сумм и разно-
стей значений входного сигнала в соседние моменты времени.
Как правило, ЭВМ работает синхронно с измерительным уст-
ройством.
Рассмотрим алгоритм ПИД-регулирования. Уравнению
П ИД- р егулятор а
у=VR (xw + -JLf XaJdt+ tv -~-Y
в котором xw=w—x — ошибка регулирования; VR — коэффи-
циент усиления; 7’1 — время интегрирования; Tv— время уп-
реждения, соответствует разностное уравнение
Уп У п-i = V R (xwn—Xw (n-i)) Н—ТXwn +
11
Н----СЦв!— ^xw (»-1) ~Ьхи> (п-2))-
Применяя преобразование Лапласа, получим
Уп=Xwn-------—— (d0+e~Tpdi+e~2Tpd2),
1 + cie-Tp
где
cx=-i; de==vji+JL^l-Y
di=-V«(l + 2-^-);	d2 = VR-~^~.
Данной передаточной функции соответствует изображенная
на рис. 5.71 структурная схема ПИД-регулятора. С помощью
ЭВМ могут быть реализованы передаточные функции, имеющие
вид
pR (р) = dQ + die~Tp + d1p-2Tp+ . . ± dne-nJp_
R Со + Cie-T” + С^-2ТР + . . . +Cme~mТр
Управляемый преобразователь и объект регулирования.
Вентильный преобразователь с достаточной точностью может
рассматриваться как линейное звено с дискретной выборкой
данных (см. п. 4.2.2). Его коэффициент усиления входит в ка-
честве сомножителя в передаточную функцию объекта управ-
290

Рис. 5.71. Структурная схема дискретного ПИД-регулятора
ления. Последний в случае непрерывного характера работы
описывается непрерывной передаточной функцией.
5.5.5.	Расчет цифровых контуров регулирования [5.99, 5.100].
Если постоянные времени цифровой системы значительно пре-
вышают период дискретности, то такая система рассчитывается
как непрерывная. Во всех других случаях структурная схема
системы содержит, по крайней мере, один импульсный элемент
(рис. 5.72), описывающий квантование по времени регулируе-
мой переменной или ошибки регулирования. Передаточная
функция измерительного элемента с последовательно вклю-
ченным цифро-аналоговым преобразователем в большинстве
случаев соответствует фиксатору.
ЦВМ воспринимает квантованную по времени ошибку ре-
гулирования или, в случае непрерывно изменяющейся задаю-
щей величины, регулируемую переменную, рассчитывает ал-
горитм управления и подает управляющий сигнал на вход циф-
ро-аналогового преобразователя. Описанному процессу соот-
ветствует структурная схема, изображенная на рис. 5.73. Если
в контур входит несколько импульсных элементов, преобладает
процесс квантования с наиболее низкой частотой, тогда как бы-
стрые процессы квантования не учитываются. При наличии не-
скольких импульсных элементов, частоты квантования кото-
рых различаются не слишком сильно, они должны работать
синхронно. Это требует синхронизации цифрового регулятора
с преобразователем (рис. 5.74). Однако если импульсные эле-
менты регулятора и преобразователя разделены контуром ре-
гулирования непрерывного типа, например контуром тока,
как на рис. 5.75, они оказываются развязанными. В этом слу-
чае синхронизация импульсных элементов не требуется.
Расчет линейных дискретных систем выполняется с помо-
щью ^-преобразования, z-передаточная функция разомкнутого
контура с непрерывным регулятором согласно рис. 5.72 опреде-
ляется выражением
Fo (г) = (1 —г-1) Z[ Fr (р)	,	(5.97)
I Р J
10*
291

Рис. 5.72. Структуры систем автоматического регулирования с импульсным
элементом и фиксатором: а — квантование по времени регулируемой пере-
менкой; б—квантование по времени ошибки регулирования
Рис. 5.73. Структурная схема дискретной системы с цифровым ПИД-регу-
лятором
Рис. 5.74. Структурная схема системы с дискретно работающими регулято-
ром и преобразователем
Рис. 5.75. Разделение двух импульсных элементов промежуточным анало-
говым контуром регулирования
/ — импульсный элемент регулятора; 2 — импульсный элемент преобразователя; пере-
черкнутыми линиями показаны цифровые и частотно-аналоговые сигналы, сплошными
линиями — аналоговые сигналы
292

где ,? = er'r; Z{-} — ^-преобразование заключенной в скобки р-
передаточной функции.
Соответственно для разомкнутого контура с цифровым ре-
гулятором (см. рис. 5.73) получим
^О(г) —
rfo -|- rfiZ—1 + d2?~2 /1 _z-l) 2 f fs(p) ) .
1 + C1z-i + C2z-2 1 J ( p J
(5.98)
В простых случаях по приведенным передаточным функ-
циям может быть рассчитана переходная характеристика ра-
зомкнутого или замкнутого контура, справедливая согласно оп-
ределению z-преобразования лишь для дискретных моментов
квантования. Можно вывести правила настройки цифровых
регуляторов.
Преобразование
г==еР^1±^Г12
\—wTl2	v ’
позволяет путем подстановки р = /® или w = jv рассчитать диск-
ретную частотную характеристику по z-передаточной функции
При этом преобразованная частота v связана с реальной ча-
стотой со соотношением
ei®T _ 1 +/vT/2
1 — JvT/2
(5.100)
или в преобразованном виде
(5Л01)
Для кк^Т’"1 имеют место соотношения:
vw a; F* (/v) x’F
т. е. на низких частотах дискретная частотная характеристика
переходит в непрерывную. Если разложить передаточную функ-
цию F(p) на простейшие дроби, то можно, не производя
z-преобразования, сразу задать ш-передаточную функцию.
В работе [5.99] дана таблица таких преобразований для ряда
основных звеньев. Дискретные частотные характеристики, как
и непрерывные, можно представить в логарифмической форме.
Передаточная функция обычного дискретного ПИД-регуля-
тора в p-области определяется выражением
+	.	(5.102)
1 +С1в-рГ + С-2рГ
После z- и ^-преобразований получим
F (w) = "Ь ~Ь d?) ~Ь (^о — ^2) (^Т1 /2)2 (dp —-di~F dz)
R '	(1 + Ci + C2) + wT (1 - C2) + (®772)2 (1 - Cr + C2) ’
(5.103)
293

Рис. 5.76. Частотная характеристика дискретного ПИД-регулятора: а — для
относительной частоты vT/2; б — для относительной частоты <оТ/2
Г/(27в)=0,5; Г/(2ГЬ) = 1,1; Г/(2ТС)=6
Чтобы регулятор обладал интегрирующими свойствами, по-
стоянная составляющая в знаменателе должна отсутствовать.
Поэтому положим 1 + С] + С2 = 0. Тогда частотная передаточная
функция дискретного ПИД-регулятора в v-области примет вид
FR (/*) = kR '(1 + /vr°Hl+_/vTb) _	(5 104)
* R ivT/[2 (1 + jvTc)]	1
Из постоянных регулятора получим параметры управляю-
щего вычислителя:
(5.105)
— kR
(2Та/Т + 1) (2ТЬ/Т + 1)
2Тс!Т + 1
к	2Тс/Т + \	C1=-(l + C2); (5.106)
d = k $TalT-\)(2TblT-\) . 2 R	2Tc/T + 1	c2= —	(5.107) 1 + 2TC!T
На рис. 5.76 изображены точная и асимптотическая лога-
рифмические частотные характеристики дискретного ПИД-ре-
гулятора для определенных значений его параметров. Анало-
гично можно построить дискретную частотную характеристику
остальных звеньев контура и, следовательно, частотные харак-
294

Рис. 5.77. Отображение оси частот со на ось частот v (в логарифмическом
масштабе)
Й=2л/Г — круговая частота квантования
теристики разомкнутой и замкнутой систем. Правила настройки
регулятора с целью согласования его с объектом регулирова-
ния совпадают с правилами настройки для непрерывных систем.
При проектировании дискретных систем, вообще говоря,
не требуется строить частотную характеристику в зависимости
от реальноц частоты со; однако это оказывается целесообраз-
ным в том случае, если необходимо сравнить дискретную си-
стему с соответствующей непрерывной системой. Пользуясь изо-
браженной на рис. 5.77 диаграммой, построенной в соответ-
ствии с соотношением (5.101), можно перейти от дискретной
частотной характеристики в функции частоты v к частотной
характеристике в функции реальной частоты со и наоборот.
Для определенной частоты прерывания уТ/2 по характеристике
а получают вначале значение r= arctg ('vT/2). Ветви 1, 2, 3 и
т. д. указывают с учетом многозначности данной тригонометри-
ческой функции соответствующие значения частоты со7’/2.
Ветвь 1, соответствующая частотному диапазону 0<соТ/2<л;/2,
является основной ветвью. Только в этом частотном диапазоне
возможна техническая реализация системы. Рабочая частота
не должна превышать половины частоты прерывания £1 = 2л/Т.
До частоты соТ/2^:л/6 дискретная частотная характеристика
практически совпадает с реальной частотной характеристикой.
В этом частотном диапазоне процесс квантования не оказы-
вает существенного влияния на свойства системы. Для нагляд-
ности на рис. 5.76,6 приведена частотная характеристика дис-
кретного ПИД-регулятора в функции частоты со, построенная
на основе частотной характеристики в функции частоты v.
295

5.6.	ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПРИВОДЫ (СЕРВОПРИВОДЫ) "
5.6.1.	Требования и возможности реализации [5.101—5.103]. Задача ис-
полнительного привода (сервопривода) — с определенной скоростью осущест-
влять угловые или линейные перемещения. В табл. 5.2 приведены характер-
ные значения основных показателей качества исполнительных приводов
[5.101]. Так, высококачественные приводы подачи станков с числовым про-
граммным управлением по всем показателям соответствуют классу I. Следя-
щие приводы радиотелескопов должны по быстродействию соответствовать
классу III, а по точности — классу I. Требуемые значения диапазона регули-
рования угла и частоты вращения при вращательном движении часто весьма
велики. Например, приводы подачи станков должны с необходимой точностью
осуществлять перемещения до нескольких метров и при этом обеспечивать
достаточную равномерность вращения в диапазоне регулирования частоты
вращения 1 : 10000 [4.2].
Точность позиционирования определяется свойствами системы вблизи
нуля (при малых уровнях сигналов), поэтому особого внимания требуют
имеющиеся в системе нелинейности. Важным показателем качества усилите-
лей, преобразователей, двигателей и измерительных устройств являются ми-
нимальные размеры зоны нечувствительности.
При достигнутом в настоящее время качестве электрических и электрон-
ных элементов свойства исполнительного привода в значительной степени
определяются его механической частью. Недостатки механической части си-
стемы лишь частично могут быть устранены средствами управления.
Различают три основных типа механической части привода (см. п. 5.1.4).
1.	Механическая передача—-жесткая одномассовая система. Имеющиеся
моменты трения, как зависящие, так и не зависящие от скорости, способст-
вуют демпфированию системы. Являясь возмущениями, они отрабатываются
системой и не оказывают существенного влияния на ее точность.
2.	Механическая система — упругая многомассовая система с постоянной
динамической связью между отдельными частями. Имеющиеся в системе мо-
менты трения, зависящие или не зависящие от скорости, способствуют демп-
фированию возникающих упругих колебаний. Независимый момент трения,
действующий на отдельные массы, влияет на точность системы.
3.	Механическая система — упругая многомассовая система с прерываю-
щейся динамической связью между отдельными частями. Наряду с не зави-
сящими от скорости моментами трения неблагоприятное влияние на точность
и устойчивость системы оказывает люфт в механических передачах.
Высокоточные приводы должны конструироваться по типу 1. Высокока-
чественные исполнительные приводы для станков с числовым управлением
Таблица 5.2. Показатели качества исполнительных приводов [5.101]
Показатель	Класс		
	высокий (I)	средний (II)	низкий (III)
Быстродействие (частота среза <в^)	> 50 с-1	1 <	< 50 с-1	W < 1 с-1
Добротность по ускорению G^ = Дф/Дф	G  > 500 с~2 со	1 < G. < 500 с-2 со	G. < 1 с~2 (0
Точность (абсолютные ошибки Дф, Дх)	Дф < 0,2 X X 10~3 рад Дх < 0,05 мм	0,2- 10-3рад < Дф < < 20-10~3 рад 0,05 мм < Дх <; 0,5 мм	Дф > 20 X X 10~3 рад Дх > 0,5 мм
296

Рис. 5.78. Структурная схема обычного исполнительного электропривода по-
стоянного тока
должны соответствовать типу 2. Приводы с люфтом (тип 3) применяются
в системах регулирования положения с невысокими требованиями. При не-
обходимости иметь большие диапазоны регулирования и значительные уско-
рения работа системы в режиме больших сигналов определяется ограниче-
ниями элементов системы. Чтобы получить время разгона до номинальной
частоты вращения порядка 0,01 с, приходится допускать токи, во много раз
превышающие номинальное значение. Настройку регулятора целесообразно
выбирать исходя из получения оптимальной по быстродействию системы
(см. п. 5.3.4).
Возмущения, которые должны быть отработаны приводом, обусловлены
как самим процессом работы системы, так и наличием внутренних моментов
трения, которые часто имеют случайную природу. Из-за общей высокой чув-
ствительности привода на его работу большое влияние могут оказывать
электрические и электромагнитные помехи Jcm. гл. 7) [5.111]. Остаточные на-
пряжения смещения и шумы электронных‘усилителей влияют на работу си-
стемы вблизи нуля (при малых уровнях сигналов).
5.6.2.	Приводы постоянного тока [5.104—5.112]. Расчет параметров ис-
полнительного двигателя выполняется в соответствии с принципами, изло-
женными в п. 4.1.3. Хорошую динамику можно получить, однако, лишь пу-
тем тщательного согласования преобразователя с двигателем в отношении
перегрузочной способности по току и напряжению, а также защиты от недо-
пустимых перегрузок. Прежде всего, если в системе не предусмотрено огра-
ничение по току, механическая характеристика нерегулируемого привода
должна быть достаточно мягкой. Преобразователь в большинстве случаев
должен обладать хорошей динамикой. Применяются двухимпульсные, трех-
импульсные и шестиимпульсные схемы. Из-за лучшей динамики на низких
скоростях схемам без уравнительного тока (с раздельным управлением) сле-
дует предпочесть схемы с уравнительным током (с согласованным управле-
нием). Хорошие результаты дает применение реверсивного импульсного ре-
гулятора напряжения с частотой следования импульсов 1—2 кГц. Структура
системы регулирования определяется техническими требованиями и свой-
ствами механической передачи.
На рис. 5.78 показана общая структура исполнительного привода по-
стоянного тока. В некоторых случаях можно отказаться от организации кон-
тура тока, что дает такие преимущества, как увеличение частоты среза кон-
тура регулирования частоты вращения, улучшение отработки высокочастот-
ных и случайных возмущающих воздействий mw. При неизбежном наличии
шумов и дрейфа усилителей отказ от одного усилителя в прямой цепи по-
зволяет улучшить работу системы на низких скоростях. Дальнейшее улучше-
ние характеристик системы в случае необходимости может быть достигнуто
путем придания ей адаптивных свойств. Для предупреждения недопустимых
бросков тока якоря при отсутствии контура тока необходимо тщательное со-
гласование преобразователя с двигателем. Приводы большой мощности тре-
буют специальных токоограничивающих устройств. Наличие люфта в меха-
нической передаче по типу 3 уменьшает реализуемые значения частоты среза
297

Рис. 5.79. Структурная схема вы-
сококачественного исполнительного
электропривода постоянного тока
н коэффнцента усиления контура
регулирования положения и тем са-
мым определяет возможные показа-
тели качества привода. (О компен-
сации влияния люфта с помощью
введения зоны нечувствительности
см. в § 5.3.) Если измерение поло-
жения осуществляется непосредст-
венно на валу двигателя, вместо
переменной xl регулируется пере-
менная хм. Трудностей с обеспече-
нием устойчивости при этом не воз-
никает, однако появляются неконт-
ролируемые ошибки по положению,
обусловленные неидеальностью ме-
ханической передачи.
Высококачественные исполни-
тельные приводы в отношении ме-
ханики должны соответствовать, по
крайней мере, типу 2 — рнс. 5.79
(ср. п. 4.1.3). Появляющаяся вместо
нелинейности типа «люфт» знако-
вая функция, обусловленная нали-
чием сухого трения, действует по-
добно нелинейности типа зоны не-
чувствительности и тем самым опре-
деляет точность системы. В высоко-
качественных системах улучшение
качества регулирования может быть
достигнуто за счет того, что кроме
угловой скорости вала двигателя
измеряется и подается на регулятор
также угловая скорость (производ-
ная от положения) нсполиительного
механизма. Для уменьшения воз-
буждения колебаний в механической
части целесообразно ограничить ус-
корение путем введения корректи-
рующих сигналов на выход регуля-
тора частоты вращения. Введением
соответствующих нелинейностей
можно получить систему, оптималь-
ную по быстродействию (см. п. 5.3.4).
5.7.	СИСТЕМЫ СИНХРОННОГО
ВРАЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
5.7.1.	Принципы регули-
рования в системах синхронно-
го вращения. Задача систем ре-
гулирования синхронного вра-
щения состоит в том, чтобы
обеспечить относительную (син-
хронность по частоте враще-
ния) или абсолютную (синхрон-
298

Таблица 5.3. Принципы регулирования
в системах синхронного вращения
Синхронизация
Тип
регулирования
по частоте вращения
по углу
Аналоговое
Датчик фактического значения —
тахогенератор
Задающее устройство — делитель
напряжения
Датчик фактическо-
го значения — сель-
син, импульсный дат-
чик
Задающее устрой-
ство — сельсин, им-
пульсный датчик
Цифровое
7?1
W1 = -----ш0
/?01
R1R2
w% =-------
R01R02
R1R2R3
Шз = ----------
RoiRwRw
Датчик фактического значения —
инкрементный датчик
Задающее устройство — вычисли-
тель заданных значений
Вычис-
литель
«1(0 = U sin (at + <Pi)
и2(0 = U sin (at + ср2)
Л<₽ = Ф1 — <₽2
Датчик фактическо-
го значения — инкре-
ментный датчик
Задающее устрой-
ство — инкрементный
датчик
t
Z = a (fl — ft) dt
oj
ность по углу, или синфазность) синхронность, т. е. согласован-
ное вращение нескольких электроприводов, а также необходи-
мую точность и быстроту синхронизации. Как правило, требо-
вания к точности синхронизации выше, чем к точности под-
держания абсолютного значения частоты вращения. Поэтому
задающие переменные для систем регулирования частоты вра-
щения следующих друг за другом агрегатов представляют
в виде относительных величин путем отнесения их к общей
IVZ

задающей величине а>о (табл. 5.3). Эту задачу выполняет ана-
логовый или цифровой вычислитель заданных значений. В не-
которых случаях задающие переменные формируются из фак-
тического значения регулируемой переменной ведущего при-
вода. Сами системы регулирования частоты вращения приводов
не имеют каких-либо особенностей.
При регулировании угла требуется абсолютная синхрон-
ность. В качестве аналоговых измерительных устройств можно
использовать сельсины, разность фазовых углов их выходных
напряжений обрабатывается по принципу широтно-импульсной
модуляции (система фазорегулирования). Если в качестве из-
мерительных элементов используются инкрементные датчики,
то ошибка регулирования в цифровом виде представляет собой
интеграл от разности частот следования импульсов. Система
регулирования угла по структуре соответствует системе регу-
лирования положения. Для обеспечения устойчивости необхо-
дим подчиненный контур регулирования частоты вращения,
к которому, однако, не предъявляется особых требований в от-
ношении точности.
5.7.2.	Частотно-аналоговые и фазоаналоговые системы регу-
лирования [5.113, 5.114]. Частотно-аналоговый и фазоаналого-
вый принципы применяются в системах синфазного вращения,
а также для регулирования положения. Если минимальной из-
меряемой разности углов соответствует, по крайней мере, один
период повторения импульсов измеряемого или задающего сиг-
налов, то ошибка регулирования определяется как разность
импульсов задающего и измеряемого сигналов. Информацион-
ным параметром сигнала является при этом частота. Ошибка
регулирования, определяемая выражением
z4j (fi-fjdt,	(5.108)
[о
представляет собой цифровой сигнал. Если минимальная из-
меряемая разность углов меньше периода повторения импуль-
сов, то ошибка регулирования может определяться как раз-
ность фазовых углов. Информационным параметром в этом
случае является фазовый сдвиг.
Ошибка регулирования может быть преобразована с помо-
щью простых триггерных схем [5.114] и, как видно из рис. 5.80,
представляет собой сигнал с широтно-импульсной модуляцией.
Этот сигнал может быть сглажен с помощью фильтра; в опре-
деленных случаях функцию фильтра выполняет объект регули-
рования. Используя постоянную вспомогательную частоту, легко
осуществить также преобразование данного сигнала в цифро-
вой сигнал. Максимально допустимая ошибка регулирования
(так называемая область удержания частоты) соответствует
сдвигу фаз между задающей и регулируемой переменными на
180°. Необходимо позаботиться о том, чтобы не выйти за пре-
делы области удержания. Этого можно добиться соответствую-
300

Рис. 5.80. Принципы измерения
фазы двоичных сигналов Ui и из.
Измерение осуществляется путем
выделения разности напряжений
ДЫ=Ы1Ы2 V Ul«2
u,(t)
du

щим построением системы,
например организацией под-
чиненного контура регули-
рования частоты вращения. Работоспособность электропривода
при больших значениях ошибки регулирования, например во
время разгона, можно обеспечить с помощью системы грубо-
точного регулирования или комбинации частотно-аналогового
и фазоаналогового принципов. Для последнего случая на
рис. 5.81 показана принципиальная схема.
В системе фазорегулирования значения ошибки регулиро-
вания вырабатываются дискретно с периодом Т. Дискретный
принцип действия при больших периодах дискретности, т. е.
при низкой частоте вращения, приводит к замедлению про-
цесса регулирования. Существует зависящая от конкретной
системы нижняя граница частоты вращения, за пределами ко-
торой система перестает работать. Системы с несущей часто-
той, в которых и при остановке вырабатывается сигнал опреде-
ленной частоты, обеспечивают синхронизацию по углу и в сос-
тоянии покоя. Период дискретности лишь в незначительной
степени зависит от частоты вращения двигателя. Системы, спо-
собные средствами электроники или, как сельсины, на электро-
магнитной основе реализовать измеряемую частоту fM,
fM = fr + fn>	(5.109)
где fr — несущая частота; fn — частота вращения, целесооб-
разно поэтому использовать в приводах с большим диапазо-
ном регулирования частоты вращения и в следящих приводах.
Наряду с высокой точностью преимуществом частотно-ана-
Рис. 5.81. Принципы частотно-аналогового и фазоаиалогового регулирования
301

Рис. 5.82. Электрический вал: а — уравнительный вал; б — рабочий вал
логовых и фазоаналоговых систем является малая чувствитель-
ность к помехам. В простых системах регулирования управле-
ние преобразователем может осуществляться непосредственно
сигналом ошибки [5.113].
5.7.3.	Электрический вал [5.115—5.117]. Соединение двух или
более асинхронных машин по цепи статора или ротора, как на
рис. 5.82, называется электрическим валом. Различия в на-
грузке приводов А и В приводят к появлению углового рассо-
гласования между соответствующими механическими валами,
проявляющегося в виде разности фаз напряжений роторов U\A
и и^хВ- Далее процесс фазорегулирования протекает следующим
образом: наличие разности векторов напряжения приводит
к возникновению компенсирующих переходных токов в роторе
и статоре машин, образующих электрический вал. Соответст-
вующие компенсирующие моменты действуют в направлении
уменьшения разности углов поворота.
Асинхронные машины МА2 и МВ2 уравнительного электри-
ческого вала (рис. 5.82, а) выравнивают разность вращающих
моментов, в то время как основной момент создается привод-
ными двигателями МА1 и Мвх. Машины электрического вала
вращаются обычно в направлении, противоположном направ-
лению вращения поля статора, с тем чтобы возникло большое
скольжение и, следовательно, большие напряжения ротора.
Двигатели так называемого рабочего электрического вала, не
имеющего специальных уравнительных машин, выполняют
функцию как приводных двигателей, так и уравнительных ма-
шин (рис. 5.82,6). И здесь для нормальной работы требуются
большие значения напряжения ротора. Поэтому становится не-
обходимым введение в цепь ротора общего для обеих машин
сопротивления R либо встречного напряжения через диодный
мост, как в асинхронном вентильном каскаде. .
Описание свойств рассматриваемых систем осуществляется
на основе схем замещения (рис. 5.83). Поворот ротора машины
В на угол a/zp по отношению к машине А в направлении вра-
щения поля учитывается в схеме замещения как поворот век-
302

Рис. 5.83. Схема замещения электрического вала: а — уравнительный вал;
б — рабочий вал
тора напряжения статора в обратном направлении на электри-
ческий угол а. Отсюда получим, что вращающий момент опре-
деляется выражением
maib=mk <?,<, *	О—cosa ±[S/SKsina).	(5.110)
о/-f-	*
Синхронизирующая составляющая вращающего момента
Ms = Мк	(5/5K) sin a (5.111)
0/0Х + ^^/0
имеет различный знак для машин А и В. Максимальный пере-
даваемый статический момент получается при 5/5^ = ±tga и
равен
^тах = мк	- [1 ± V1 + (S/SK)2].	(5.112)
о/о/( “г
Для рабочего вала вращающий момент определяется выра-
жением
1	/	S \
адз+отД1 ~cos “ * Т7sin “)+
4- Мк —-----5---— (1 + cos а н----- sin сЛ •	(5.113)
4"	5к /
Наряду с синхронизирующим вращающим моментом здесь
в соответствии с принципом действия асинхронной машины
возникает значительная по величине асинхронная составляю-
щая момента, которая в обеих машинах имеет одинаковый
знак. В формуле (5.113) Sk
электрической машины при
нормальной работе в каче-
стве асинхронного двигате-
ля; S'k= (2R+Ri)/Xa — кри-
тическое скольжение ма-
Рис. 5.84. Максимальный переда-
ваемый электрическим валом
момент при RIR\ — 2
J — уравнительный вал; 2 — рабочий
вал
= Ri/Xa — критическое скольжение
303

Рис. 5.85. Структурная схема электрического вала для симметричных от-
клонений от положения равновесия а = 0: а — уравнительный вал; б — рабо-
чий вал
Дт^= Дт^,/М	кур,	пусковой момент электрической
машины; I — момент ннерцнн привода
шины с учетом добавочного сопротивления R; Мк — критиче-
ский момент машины при нормальной работе в качестве асин-
хронного двигателя.
Максимальные реализуемые моменты приведены на рис. 5.84
для R/Ri = 2. Если момент нагрузки двигателя рабочего элект-
рического вала не достигает нижней граничной кривой (напри-
мер, при холостом ходе двигателя), то этот двигатель разгоня-
ется под действием асинхронного момента, и вал выпадает
из синхронизма.
Электрический вал как замкнутая система работает устой-
чиво лишь в определенных границах. Это видно из структур-
ных схем (рис. 5.85), которые получаются исходя из основных
уравнений [5.116, 5.117] для малых симметричных отклонений
от рабочей точки приводов А и В, если не учитывать электро-
магнитных уравнительных переходных процессов. Уравнитель-
ный электрический вал устойчив при
1 - (S!SKy
[i + (£/$к)2]2 j
(5.114)
Здесь MkIMKw — пусковой момент приводного двигателя, от-
несенный к пусковому моменту асинхронной машины в нор-
мальном двигательном режиме. Это условие выполняется для
широкого диапазона значений скольжения. Напротив, двига-
тели рабочего вала не обладают стабилизирующим действием.
Устойчивость имеет место только при
1 — (S/SK)a>0.	(5.115)
Для увеличения области устойчивости двигатели часто снаб-
жаются демпфирующими резисторами Rd (рис. 5.82,5), кото-
рые увеличивают критическое скольжение SK.
Ж

5.8.	ТЕХНОЛОГИЧЕСКИ СВЯЗАННЫЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ
Выполнение технологических процессов связано с необходимостью регу-
лирования их параметров (см. гл. 2). Для этого должны быть организованы
контуры регулирования технологических переменных, охватывающие кон-
туры регулирования частоты вращения или положения привода, а в отдель-
ных случаях непосредственно воздействующие на двигатель. Приведем не-
сколько типичных регулируемых технологических величин: давление воздуха
компрессорной станции; сила или мощность резания станка; натяжение (на-
пример, проволоки) в моталках; провисание петли или удлинение материала
в непрерывно-поточных агрегатах.
Измерение регулируемых величин в производственных условиях часто
связано с большими трудностями. Нередко в качестве эквивалента той или
иной конкретной технологической переменной измеряются и регулируются
некоторые электрические или механические величины. Поскольку регулируе-
мые технологические переменные зависят от работы нескольких приводов,
эти приводы оказываются связанными средствами управления.
5.8.1.	Регулирование мощности резания или силы резания в стайках
[5.118—5.120]. Для возможно более полного использования мощности высоко-
качественных станков независимо от допусков обрабатываемой детали и от
применяемого инструмента в станках с числовым программным управлением
производится регулирование мощности (или силы) резания. Принцип такого
регулирования показан на рис. 5.86 на примере токарного станка. В качестве
регулируемой переменной, эквивалентной мощности резания, служит ток
статора двигателя шпинделя, на основании измерения которого определяется
действительное значение мощности резания pz. Мощность резания можно
также определить путем измерения вращающего момента и частоты враще-
ния шпинделя. Исходя из информации об отклонении мощности резания от
заданного значения производится управление скоростью привода подачи, от-
несенной к частоте вращения шпинделя Скорость подачи, отнесенная
к частоте вращения шпинделя, должна быть ограничена во избежание недо-
пустимых механических нагрузок н механических колебаний в процессе об-
работки. По этой причине регулирование мощности резания в некоторых слу-
чаях дополняется регулированием силы резания. Для описанного процесса ре-
гулирования характерно то, что технологический процесс является составной
частью контура регулирования. Настройка регулятора определяется статиче-
скими и динамическими свойствами станка.
5.8.2.	Регулирование натяжения наматываемой полосы [5.121]. В конце
одно- или многоступенчатого процесса прокатки (вальцовки) обработанная
полоса стали, цветного металла, текстиля или пластмассы обычно сматыва-
ется в рулон. Как правило, требуется, чтобы процесс намотки происходил
с постоянным натяжением, не зависящим от диаметра рулона и скорости
движения полотна. На рис. 5.87 это показано на примере четырехвалкового
стана холодной прокатки с моталкой. Привод клети четырехвалкового про-
катного стана благодаря своей значительно большей мощности задает ско-
рость движения полосы v. Управление приводом моталки должно осущест-
Рис. 5.86. Регулирование мощности резания в токарном станке
305

Рис. 5.87. Электропривод мо-
талки:	а — функциональная
схема; б — структурная схема
вляться таким образом, чтобы поддерживалось требуемое натяжение г. В не-
которых случаях натяжение z можно измерить непосредственно. Если это не-
возможно, то в качестве эквивалента натяжения используется ток двига-
теля I. На основании уравнения вращающего момента двигателя
т = zr =
пропорциональность между натяжением и током двигателя существует тогда,
когда благодаря соответствующему управлению возбуждением двигателя реа-
лизуется зависимость
<Рм ~ г.
Если поток возбуждения двигателя постоянен, то на основе измерения
диаметра рулона 2г или угловой скорости двигателя йм2 можно обеспечить
выполнение соотношения
2= -1М.ФМ».,. = const.
г.
На рис. 5.87, б показана структурная схема привода для случая, когда
фм~г. Оиа отличается от обычной структурной схемы привода постоянного
тока тем, что в качестве входной переменной служит угловая скорость дви-
гателя <вм2. Такие приводы называют связанными. Динамический момент тъ
получается дифференцированием угловой скорости двигателя. Пропорцио-
нальность между моментом сопротивления и током нарушается из-за появле-
ния динамического момента при быстрых изменениях частоты вращения.
Введением корректирующего устройства (см. рис. 5.87, б) обеспечивают ком-
пенсацию этого явления.
5.8.3.	Регулирование провисания петли. Во время непрерывных техноло-
гических процессов изготовления полосовой стали, синтетической пленки, бу-
маги, кабелей материал последовательно проходит несколько стадий обра-
ботки. Часто бывает необходимо, чтобы материал передавался с одной стадии
обработки на другую без натяжения. Чтобы ие нарушить непрерывность про-
цесса, материал должен пройти через петлю, провисание которой постоянно
измеряется. Провисание петли является задающей величиной для следую-
щего (по ходу движения материала) привода, цель которого — поддерживать
провисание постоянным независимо от удлинения или сжатия материала.
Принцип регулирования провисания петли показан на рис. 5.88. Следую-
щие друг за другом стадии обработки изображены здесь в виде двух пар
валиков, которые приводятся в действие электроприводами А1 и А2. Раз-
ность между длиной Л материала, вышедшего за единицу времени из пары
валков 1, и длиной /2 материала, поступившего иа пару валков 2, измеря-
ется в виде изменения провисания петли х. Частота вращения привода А2
регулируется так, чтобы значение х было равно нулю. Так как регулирова-
306


J2
/+рт2
li
Рис. 5.88. Регулирование про-
висания петли: а — функцио-
нальная схема; б — структур-
ная схема
ние переменной /г аналогично регулированию угла, контур регулирования
содержит одно интегрирующее звено (рис. 5.88,6). Поэтому не возникает
остаточного отклонения значения изменения провисания петли: х(оо)=0. Про-
висание петли можно измерить традиционным путем — механически с по-
мощью так называемого компенсирующего или передаточного валика. Од-
нако существуют также бесконтактные — оптический, магнитный и радиаци-
онный—методы измерения.
5.8.4.	Регулирование удлинения [5.122—5.124]. Прн выполнении некото-
рых непрерывных производственных процессов, например в каландрах для
обработки синтетических материалов и в определенных секциях бумагоде-
лательных машин, приводы должны управляться так, чтобы обрабатывае-
мый материал в промежутке между отдельными стадиями процесса обра-
ботки или во время самой обработки определенным образом удлинялся.
Принцип такого регулирования показан на рис. 5.89, а. Так как удлинение
трудно измерить непосредственно, в качестве эквивалентной регулируемой
переменной используется соотношение скоростей соседних приводов, при этом
для установившегося состояния имеем
v2/vi = <oa/<ox = (1 4- е)/1.
При изменении соотношения скоростей изменение удлинения происходит
с замедлением из-за того, что на участке 112 накоплена определенная масса
материала. Исходя из баланса масс
OiFiY (масса, поступающая в валки 1 за единицу времени) =
= v2F2y (масса, поступающая в валки 2 за единицу времени) Ц-
Ц- (dldt) (1цР2у) (изменение массы, накопленной на участке Z]2),
можно определить передаточную функцию обрабатываемого материала. Здесь
Fi, F2 — сечеиие материала перед поступлением в валки 1 или соответственно
в валки 2. При F2/Fi=l/(l + e) для малых отклонений получим
= ----------------!______
\ 01 / 14- pliilv2
Рис. 5.89. Регулирование
удлинения:	а — функцио-
нальная схема; б — струк-
турная схема
307

Рис. 5.90. Принцип построения непрерывной технологической установки
/ — исходный накопитель (рулон); 2 — прижим первого типа (за счет обхвата); 3 —
прижим второго типа (за счет валка); 4 — прижим третьего типа (с помощью вспо-
могательного полотна); 5 — накопитель (штабель); 6 — датчик натяжения полотна; 7—
датчик частоты вращения; « — двигатель; 9— регулятор частоты вращения; 10 — зада-
ющее устройство
Отношение Zia/va имеет характер постоянной времени. В изображенной
на рис. 5.89, б структурной схеме учтена, кроме этого, передаточная функ-
ция привода, приближенно описываемого как апериодическое звено.
Регулируемой величиной является не скорость (частота вращения) од-
ного привода, а соотношение скоростей двух соседних приводов как эквива-
лент удлинения. Поэтому целесообразно так формировать задающий сигнал,
чтобы было возможно непосредственное задание соотношения скоростей (см.
§ 5.7). Прижатие материала выполняется тремя способами (рис. 5.90).
При исследованиях участки сжатия обычно принимают бесконечно короткими
по сравнению с находящимся между ними упругим полотном. Если это усло-
вие не выполняется, как, например, в случае обхвата полотном валика, не-
обходимо более точное математическое описание [5.123].
ГЛАВА ШЕСТАЯ
ОПИСАНИЕ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ
УПРАВЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ
6.1.	ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
6.1.1.	Основные понятия и задачи управления. Под управ-
лением понимают целенаправленное воздействие на перемен-
ные х (управляемые величины) некоторой реальной системы
(рис. 6.1), называемой объектом управления [6.1]. Последний
308

Механизм, устройство, машина или установка
для получения, преобразования, распределения,
накопления и использования энергии и мате-
риалов
Рис. 6.1. Общая структура промышленной системы управления
а = (иЛ v^)^ —вектор выходных величин управляющего устройства; е — (w^» г—
вектор входных величин управляющего устройства; г = (г,, г2, . . г—вектор сигналов
обратной связи; u = (wb и2, .... и ~ вектор управляющих переменных; v =(ob v2,. .
...	— вектор информационных nepeMeHHbix;w='(tiy1, w2, . . ., w^)^ —вектор задающих
величин; x= (%i. x2.....вектор управляемых переменных; z=(zlt z2, ...»	—
вектор возмущающих воздействий; Е— материалы и энергия, подвергаемые обработке
в объекте управления; А - материалы и энергия, выходящие нз объекта управления
в измененном виде
может представлять собой механизм, устройство, машину, си-
стему машин или технологическую установку, в которой про-
исходит получение, передача, преобразование, накопление или
использование тех или иных видов энергии и (или) материа-
лов (см. рис. 6.1).
Обеспечение правильной работы входящих в состав объ-
екта управления средств электропривода связано с решением
частных задач управления, к которым относятся:
включение, отключение, изменение частоты вращения и ре-
версирование отдельных электроприводов;
управление характерными для электропривода перемен-
ными, такими, как частота вращения, соотношение скоростей
или угол поворота, в зависимости от изменения других физи-
ческих величин или в соответствии с заданной программой;
координация и контроль взаимодействия одиночных и груп-
повых электроприводов согласно требованиям технологии и
техники безопасности осуществляемого процесса и в соответ-
ствии с основными целями управления, а также своевремен-
ное распознавание и предупреждение возможных аварий.
Перечисленные задачи управления решаются в зависимо-
сти от уровня автоматизации либо обслуживающим персона-
лом (ручное управление), либо некоторым техническим уст-
ройством управления без непосредственного участия человека
(автоматическое управление). С точки зрения технической
309

реализации управляющее устройство включает в себя все
звенья, участвующие в сборе, обработке, накоплении и ис-
пользовании информации с целью автоматического управления
процессом, протекающим в объекте управления. Управляющее
устройство и объект управления образуют в совокупности си-
стему автоматического управления (см. рис. 6.1).
Входными переменными управляющего устройства е явля-
ются, с одной стороны, задающие величины w, например
команды на включение, пуск, останов, выбор режима работы,
задающие сигналы, предельные значения и технологические
параметры, которые вводятся оператором вручную или посту-
пают в виде сигнала с вышестоящих уровней автоматизации,
а с другой — сигналы обратной связи г от управляемого объ-
екта, значения которых качественно и количественно характе-
ризуют материалы или энергию, подводимые к объекту или
отводимые от него. Эти сигналы могут содержать информацию
и о вспомогательных переменных, важных для управления, и
о режиме работы и работоспособности элементов объекта уп-
равления.
Выходными переменными управляющего устройства явля-
ются информационные (известительные) сигналы v, информи-
рующие обслуживающий данную установку персонал или вы-
шестоящий уровень управления о состоянии системы и проте-
кании процесса. В качестве выходных величин выступают
также управляющие переменные и, которые подаются на объ-
ект с целью управления. Реально они представляют собой опе-
рационные команды и сигналы, управляющие всеми имеющи-
мися в объекте управления коммутирующими элементами,
преобразователями и приводными устройствами; с их по-
мощью происходит необходимое дозирование потока энергии
и материалов или перемещение механизмов и машин, преду-
смотренных для выполнения процессов обработки, преобразо-
вания и транспортировки. Управляющие переменные выбира-
ются из некоторого множества возможных воздействий на
основе имеющейся информации в соответствии с текущими
значениями задающих сигналов и сигналов обратной связи так,
чтобы была достигнута цель управления.
Таким образом, каждое управляющее устройство реали-
зует определенную функцию
a = f(e).	(6.1)
Входными переменными объекта управления являются,
с одной стороны, формируемые управляющим устройством уп-
равляющие переменные и, а с другой — возмущающие воздей-
ствия z. Последние представляют собой величины, на которые
в рамках данной системы управления не оказывается никакого
влияния, т. е. величины, воздействовать на которые либо не-
возможно (принципиально или по экономическим соображе-
ниям), либо такое воздействие не предусмотрено построением
310

системы. Причины этих возмущений находятся вне системы.
Типичными возмущающими воздействиями являются различ-
ные физические константы, свойства материала обрабатываемой
продукции и другие показатели технологического процесса,
а также величины, представляющие собой различные воздей-
ствия со стороны окружающей среды, например температура,
влажность воздуха, механические колебания и др.
Выходные величины объекта управления представляют со-
бой уже упомянутые переменные обратной связи г, необходи-
мые для управления процессом и контроля за его протеканием,
а также управляемые (регулируемые) величины х. Это физи-
ческие величины, а для производственных процессов — также
качественные и количественные параметры, которые содержат
данные о количестве произведенного продукта и его характе-
ристиках, о полученных прибылях, выходе продукта, затратах,
КПД и др.
6.1.2.	Особенности проектирования промышленных управ-
ляющих устройств. Проектирование управляющих устройств
является, в сущности, процессом многокритериальной оптими-
зации. Принципиально задача заключается в нахождении
функционально полноценной структуры, реализующей задан-
ную внешнюю функцию a = f(e) управляющего устройства (см.
рис. 6.1), с учетом целого ряда отчасти противоречивых допол-
нительных требований и в оптимальной реализации этой струк-
туры на основе компромисса между различными технико-эко-
номическими требованиями.
В процессе проектирования необходимо стремиться придать
системе следующие свойства [6.3]:
относительную простоту проектирования;
простоту изготовления и эксплуатации управляющего уст-
ройства;
обозримость структуры; ясность технической документации и
удобство ее корректировки и использования;
возможность согласования с другими системами, необхо-
димыми для автоматизации данной установки;
иерархическую и функциональную расширяемость, обеспе-
чивающую возможность поэтапной автоматизации, монтажа и
наладки (см. рис. 6.3);
простоту изменения закона управления на заключительных
стадиях проектирования и реализации или непосредственно
в процессе проведения наладочных работ;
экономичность монтажа и наладки;
возможность быстрого распознавания и устранения ошибок
и неисправностей, для чего в составе системы (в ее аппарат-
ной части и программном обеспечении) должны быть соответ-
ствующие средства.
Незначительные затраты на аппаратную часть системы яв-
ляются, конечно, важным, но, по сравнению с приведенными
требованиями, не первостепенным показателем.
311

Процесс проектирования системы управления, как и реше-
ние любых задач синтеза, идет в направлении, противополож-
ном направлению причинной зависимости:
Направление причинной
Причина	зависимости Следствие
(структура системы)	НапроектирИованияесса	(Функция системы)
Поскольку между функцией и структурой системы не су-
ществует однозначного соответствия, следовало бы (в пол-
ностью детерминированном случае) выявить все варианты
структуры, соответствующие желаемой внешней функции а =
= f(e), и подвергнуть их проверке в отношении соблюдения тех-
нических, технологических и экономических критериев. Однако
связанный с этим объем работ практически невозможно вы-
полнить, по крайней мере, в настоящее время. Поэтому в про-
цессе проектирования, как и прежде, преобладают основанные
на практическом опыте методы, хотя при этом для выполне-
ния рутинной работы все больше привлекаются средства вы-
числительной техники. Иначе говоря, задачи управления ре-
шаются преимущественно интуитивно-творческим путем, ча-
сто посредством модификации уже апробированных проектов.
Осуществляемый при этом алгоритм процесса проектирования
схематично изображен на рис. 6.2.
Исходным пунктом разработки проекта является техниче-
ское задание, согласованное с заказчиком данной системы уп-
равления. Основываясь на нем, на первом этапе (рис. 6.2,
шаг /), цель которого — точная постановка задачи, разраба-
тывают технологическую схему, т. е. структуру управляемого
объекта, с технологически необходимыми измерительными,
преобразовательными и приводными устройствами. При мно-
гочисленности или сложности машин и установок схема мо-
жет быть разбита по вертикали на отдельные, хорошо обозри-
мые технологические участки (рис. 6.3).
В заключение (рис. 6.2, шаг 2) устанавливается и докумен-
тально фиксируется последовательность протекания процесса
управления, соответствующего поставленной цели управления.
Она позволяет уяснить, какие действия (например, включение
или отключение) должны совершать имеющиеся в объекте уп-
равления исполнительные устройства в зависимости от воз-
никновения той или иной ситуации. Для процессов, не требую-
щих принятия большого количества решений, как, например,
в станках и технологических установках, весьма удобными мо-
гут оказаться такие средства описания, как блок-схемы про-
грамм, графы последовательного выполнения программ, схемы
работы и сети Петри (см. табл. 2.12). Напротив, в случае ин-
тенсивных по количеству принимаемых решений процессов
предпочтение следует отдать таблицам решений (см. табл.
2.11).
31?

о.
<8
О
Техническое
задание
з - Zi________________
Разработка перечня
элементов и устройств,
а также дополнительных
требований
Внесение исправлений
в проектную документацию
8-----------------------
Передача
в серийное производство
Рис, 6.2. Процесс проектирования и эксплуатации промышленных управ-
ляющих устройств
После разработки модели процесса или параллельно с ней
составляется перечень всех технических данных необходимых
задающих, измерительных и исполнительных устройств,
а также фиксируются все дополнительные условия и крите-
313

314

рии качества, которым должно удовлетворять управляющее
устройство (рис. 6.2, шаг 3). К ним, в частности, относятся
данные о защитной блокировке преобразователей и двигате-
лей, сведения о желательном поведении установки в аварий-
ных ситуациях, информация по вопросам надежности, техниче-
ского обслуживания и профилактики, сигнализации или реги-
страции измеряемых величин, данные о соблюдении нормати-
вов и стандартов и многие другие сведения.
В настоящее время проектирование управляющих устройств
представляет собой, по существу, проблемно-ориентированный
процесс, не связанный с конкретными техническими средст-
вами. Все виды работ описанного первого этапа, особенно
в сложных проектах, проводятся в тесном контакте с кон-
структорами, технологами и производственниками соответст-
вующей отрасли промышленности. Все это способствует созда-
нию обоснованного описания всех существующих взаимосвязей,
которое является основой для следующего этапа проектирова-
ния— этапа реализации. На этом этапе исходя из объема и
типа задачи управления решается в первую очередь (рис. 6.2,
шаг 4) вопрос об используемых технических средствах
(рис. 6.3). Затем на основе технической документации и ука-
заний по проектированию выбранных технических средств
с учетом имеющегося опыта управляющие устройства проекти-
руются таким образом, чтобы реализовать желаемую последо-
вательность технологического процесса и удовлетворить всем
дополнительным требованиям (рис. 6.2, шаг 5).
Для жестко программируемых систем (см. п. 6.3.1) на этом
этапе составляются принципиальные или структурные схемы,
разрабатываются и сравниваются различные варианты, осу-
ществляется оптимизация выбранного решения в отношении
затрат, надежности и помехоустойчивости, а также исследу-
ется работоспособность лабораторного образца данного уст-
ройства. Найденное решение документируется, после чего под-
готовляется вся техническая документация по изготовлению,
монтажу, наладке, эксплуатации и техобслуживанию. Затем
производится изготовление, испытание, наладка и опробование
системы управления.
В системах с программой, хранящейся в памяти, напро-
тив, на основе необходимого числа задающих, измерительных
и преобразовательных устройств определяется конкретная мо-
дификация серийной модели, затем заказываются или изготов-
ляются и монтируются все необходимые для этого блоки и од-
новременно создается управляющая программа. После введе-
ния программы в запоминающее устройство выполняются на-
ладочные работы и опробование данной системы управления.
Если пробное испытание прошло успешно, то программное
обеспечение окончательно редактируется (рис. 6.2, шаг 6) и
работоспособная система передается заказчику (рис. 6.2,
шаг 7).
315

Основой и отправной точкой для решения задачи управле-
ния являются особенности управляемого объекта, цель управ-
ления, а также указания, касающиеся работы преобразова-
тельных и приводных устройств, входящих в состав объекта
управления. Поэтому ниже более подробно рассматриваются
промышленные объекты управления, технические процессы,
наиболее типичные цели управления и принципиальные воз-
можности описания процессов.
6.2.	ОБЪЕКТЫ УПРАВЛЕНИЯ
6.2.1.	Типичные промышленные объекты управления. В зависимости от
пространственных размеров и связанных с ними нормативов на установку и
эксплуатацию соответствующего силового оборудования и управляющих уст-
ройств следует различать два основных класса промышленных объектов уп-
равления: машины и большие установки.
Машины. К этому классу принадлежат все стационарные и передвижные
установки (машины) для обработки и переработки металлов, пластмасс, дре-
весины, бумаги, ткани и других материалов, а также различного рода рас-
фасовочные и упаковочные автоматы. Типичным для машин является то, что
они, как правило, имеют относительно небольшое число приводных устройств
и органов управления (притом расположенных на обозримом расстоянии
друг от друга), на которые согласно технологическим требованиям должно
оказываться воздействие.
Установки. К большим установкам относятся все устройства для получе-
ния энергии, ее преобразования и распределения (например, электростан-
ции и трансформаторные подстанции), устройства для добычи, транспорти-
ровки, складирования и переработки сырья в горной, металлургической, ме-
таллообрабатывающей и других отраслях промышленности. Характерным
для таких систем является децентрализованное размещение (часто очень да-
леко друг от друга) исполнительных устройств, а также одиночных и груп-
повых приводов. Контроль работы и координация их взаимодействия в соот-
ветствии с требованиями технологического процесса должны осуществляться
с центрального пульта.
6.2.2.	Типы процессов и цели управления. Процессы, протекающие в объ-
ектах управления, в зависимости от их характера можно подразделить на
непрерывные и дискретные. Ниже рассматриваются типичные характеристики
этих процессов, а также наиболее важные цели управления ими.
Непрерывные процессы. Под непрерывными процессами следует понимать
физические процессы, химические реакции или последовательности технологи-
ческих операций, переменные состояния которых представляют собой непре-
рывные функции времени. Это означает, что потоки энергии и (или) мате-
риалов постоянно или, по крайней мере, в течение длительного времени
подводятся, перерабатываются, транспортируются, накапливаются, распреде-
ляются н (или) используются непрерывно и конечный продукт, особенно
в производственных процессах, вырабатывается также непрерывно. Такого
рода процессы характерны для получения, преобразования и распределения
электроэнергии, а также для получения, обработки и распределения жидких
и сыпучих материалов любой консистенции, таких, как газ, вода, нефть,
уголь, руда, камень, земля и т. д.
Типичным для объектов с непрерывно протекающими процессами явля-
ется то, что используемые в них технические устройства за счет в основном
постоянного размещения связаны друг с другом технологически жестко и что
процессы пуска, остановки и изменения режима происходят относительно
редко. В качестве примеров можно назвать тепловые электростанции, системы
энергоснабжения, нефтеперерабатывающие заводы, установки для непрерыв-
ной разливки стали, непрерывные линии полосовых и трубопрокатных станов.
При управлении непрерывными процессами возникают следующие основ-
ные задачи и цели управления;
316

создание и поддержание оптимальных, в частности стационарных, рабо-
чих режимов на основе определенных целевых критериев;
контроль протекания процесса и его протоколирование.
Дискретные процессы. Под таковыми понимают физические процессы, хи-
мические реакции или последовательности технологических операций, пере-
менные состояния которых изменяются только в дискретные моменты вре-
мени. Это, в частности, означает, что потоки энергии и материалов подводятся
к объекту управления дискретно, перерабатываются в нем, распределяются,
трансформируются или используются также дискретно и в производствен-
ном процессе конечный продукт вырабатывается только в дискретные мо-
менты времени. К наиболее важным дискретным процессам относятся так
называемые процессы штучного производства и процессы загрузки.
Под процессами штучного производства следует понимать процессы об-
работки, изготовления, контроля, комплектации и монтажа в металлообраба-
тывающей, электротехнической и электронной промышленности или процессы
упаковки, транспортировки и складирования штучных изделий. Участвующие
в указанных процессах отдельные (штучные) изделия, к примеру печатные
платы, детали, пли контейнеры, в процессе обработки могут изменяться по
форме, размерам, свойствам поверхностей, по физическим или химическим
свойствам, взаимному расположению и другим признакам. Машинные уст-
ройства, с помощью которых осуществляется процесс, зачастую можно легко
комбинировать друг с другом, как, например, отдельные обрабатывающие
узлы в системах механической обработки. Это тоже происходит дискретно
во времени и осуществляется путем соответствующей организации про-
цесса.
Типичная задача управления для описанных процессов состоит в таком
управлении отдельными объектами и их перемещением в пространстве, чтобы
в соответствии с заранее разработанным планом обеспечить оптимальную за-
грузку производственных, транспортных или складских мощностей.
При загрузочных процессах сырье и энергия подаются и перерабаты-
ваются каждый раз только в определенные периоды времени, а готовый про-
дукт также выдается через определенные временные интервалы. Такой режим
работы типичен для смесительных установок на обогатительных фабриках,
а также для различного рода реакторов (например, мешалки, дуговые печи,
кислородные конверторы, центрифуги). В таких устройствах с циклической
повторяемостью протекают следующие процессы:
дозирование используемых материалов;
осуществление смесительного процесса или химической реакции;
выгрузка готового продукта;
чистка нли ремонт установки.
Типичными целями управления при этом являются оптимальный пуск и
остановка агрегатов в строго определенной последовательности, а также
установка и поддержание определенных параметров процесса. Кроме того,
к задачам управления процессом, как, впрочем, и в штучном производстве,
относятся задачи наблюдения, протоколирования и балансирования произ-
водственного процесса.
6.2.3,	Математическое моделирование процессов.
Понятие модели. Типы моделей. Оптимальная реализация управляющих
устройств или мероприятий по управлению требует достаточно точного зна-
ния процессов, протекающих в управляемой технологической системе. Эти
сведения получают путем адекватного отображения (описания) этих процес-
сов с помощью математических структур, т. е. с помощью формальных язы-
ков, систем уравнений и неравенств, диаграмм последовательности операций,
блок-схем программ или таблиц, которые соответствующим образом выра-
жают взаимосвязи между переменными процесса. Математическое описание,
выполняющее указанную функцию, называется математической моделью про-
цесса. С работой по ее составлению для сравнительно небольших объектов
(отдельные машины и агрегаты) может справиться один или несколько спе-
циалистов, в то время как в больших, комплексных системах (крупногаба-
ритные установки, системы машин) эта задача может быть решена в боль-
шинстве случаев только коллективом из представителей самых разных спе-
317

Входные
переменные
Управляющие
переменные а
Возмущающие
воздействия z
Рис. 6.4. Обозначение входных и выходных переменных и переменных со-
стояния в объектах управления
циальностей, например технологов, математиков, специалистов по автоматике
и вычислительной технике.
Для автоматического управления важны, с одной стороны, модели, кото-
рые на основе систем уравнений точно отражают связи между переменными
рассматриваемого процесса (вычислительные модели), а с другой — модели,
которые определяют осуществляемые в ходе процесса управляющие воздей-
ствия или логическую последовательность дискретных состояний процесса
(соответственно модели управления и модели процессов). Вычислительные
модели используются прежде 'всего при автоматизации непрерывных процес-
сов, а модели управления и модели процессов — в качестве основы для авто-
матизации дискретных процессов.
Вычислительные модели. Вычислительные модели с помощью математи-
ческих отношений дают точное количественное описание взаимосвязей между
переменными процесса, например между входными и выходными перемен-
ными объекта управления. Эти модели различаются по характерным при-
знакам их получения, содержанию и способности обучаться. Модели делятся:
по способу составления — на эмпирические и аналитические;
по представлению их свойств во времени — на статические и динами-
ческие;
по виду имеющихся в них переменных — иа детерминированные и стати-
стические;
по способности приспосабливаться к изменяющимся условиям или по
способности развиваться на основе имеющегося опыта — на подстраиваю-
щиеся и самообучающиеся.
При разработке вычислительных моделей целесообразно проделать сле-
дующее:
уточнить цель, которой должна служить модель;
установить границы системы, в которой происходит моделируемый про-
цесс;
классифицировать переменные рассматриваемого процесса с системной
точки зрения и определить ограничения для отдельных переменных;
математически сформулировать и описать связи между переменными, ис-
пользуя для этого аналитические или экспериментальные методы и необхо-
димые упрощения.
Уточнение цели, которой должна служить модель, как и локализация
границ, в пределах которых протекает моделируемый процесс, определяют
объем, необходимую информативность, адекватность и степень детализации
разрабатываемой модели. Одновременно с этим присваиваются обозначения
переменным процесса и устанавливается, какие из них являются независи-
мыми, а какие — зависимыми переменными. Следующим шагом является клас-
сификация переменных (как это принято в теории систем) иа управляющие
переменные и, возмущения z, переменные состояния q и выходные перемен-
ные х (рис. 6.4). Все эти величины в общем случае являются векторными:
!! = («!, и2, . . • ,«м)Г;	z=(z1( z2, . . ,,zs)T; (6.2; 6.3)
q = (<?i, <?2>- • • . <?7?)T; х = (хъ x2, . . .,xN)T- (6.4; 6.5)
313

Одновременно задаются ограничения, налагаемые на отдельные пере-
менные:
Ui min ui ui max*
<?i min '"С <?i	<7< max,
7 = 1,2, . . . , M;	(6.6)
7= 1, 2,.. . . , R;	(6.7)
xi min xl xi max,
7=1,2,. . . , N.	(6.8)
После того как достигнута ясность относительно переменных, характе-
ризующих процесс, и областей их значений, в ходе последующей разработки
модели выявляются и надлежащим образом описываются существующие
между этими переменными отношения. Эти отношения определяются либо
аналитически на основе соответствующих физических или химических за-
конов, либо путем идентификации рассматриваемой системы.
Если переменные процесса являются непрерывными, а объект управле-
ния можно рассматривать как стационарную систему с сосредоточенными
параметрами, что имеет место во многих случаях, то динамику системы в об-
щем виде можно описать с помощью следующих уравнений:
q = f (q, u, z) (уравнение состояния);	(6.9)
x = g (q, u, z) (уравнение выхода).	(6.10)
Здесь u, z, q, x — соответственно векторы управляющих переменных, возму-
щающих воздействий, переменных состояния и выходных переменных со-
гласно уравнениям (6.2)—(6.5); f=(fi, fa, .... fn)T — вектор функций пере-
ходов; g= (gi, gi, .... gN)T — вектор функций выходов.
Подробные примеры для конкретных динамических моделей непрерыв-
ных процессов на основе уравнений (6.9) и (6.10) даны в работах [6.5
и 6.6].
Представляют интерес, в частности при управлении сложными системами
с использованием управляющих вычислительных машин, и другие выражае-
мые моделями отношения, описывающие лишь статические связи между важ-
нейшими входными и выходными переменными рассматриваемого процесса.
Их получают, полагая в уравнениях (6.9) и (6.10) q=0 и исключая q. Они
имеют форму
х = h (u, z),	(6-И)
где h= (hi, hi, ..., hN)T.
Статические модели вида (6.11) используются при оптимизации непре-
рывных процессов в тех случаях, когда необходимо исследовать влияние
управляющих воздействий и иа выходные переменные процесса х (при за-
данных возмущениях z) сначала на модели с тем, чтобы в дальнейшем реа-
лизовать в реальном процессе найденные для и значения, наилучшим обра-
зом соответствующие принятой цели оптимизации (принцип опережающего
управления или оптимизации на основе математической модели).
Модели управления, и модели процесса. Эти модели содержат точные
данные о том, какие управляющие команды и должны быть поданы на уп-
равляемый объект при наличии определенных задающих величин w и пере-
менных обратной связи г или в зависимости от времени, например при пуске,
реверсе и остановке машинных агрегатов или целых производственных уста-
новок, либо данные о том, как следуют друг за другом в зависимости от
определенных условий отдельные стадии дискретного процесса.
Особое значение указанных моделей заключается в формализации (алго-
ритмизации) управления протекающим в объекте процессом. Иначе говоря,
модели управления дают точное представление о том, какими свойствами
должна обладать в каждом конкретном случае внешняя функция a=f(e),
реализуемая управляющим устройством [см. рис. 6.1 и уравнение (6.1)]. По-
этому разработка таких моделей является важным условием и основой для
проектирования и программирования управляющих устройств.
Модели управления разрабатываются в сотрудничестве с конструкторами
машин и технологами путем обработки проектной документации на управ-
ляющий объект, а для уже готовых систем — путем обобщения опыта лиц,
319

Занимающихся эксплуатацией данной установки. При этом целесообразно по-
ступать следующим образом.
На эскиз управляемого объекта наносятся необходимые по условиям тех-
нологии измерительные, преобразовательные и исполнительные устройства.
Это дает возможность, с одной стороны, проследить весь процесс, а с дру-
гой — разбив сначала весь реализуемый процесс на отдельные замкнутые
процессы, изобразить их взаимодействие в виде грубой, черновой структуры.
После этого предпринимается попытка упростить данную структуру путем
объединения однородных процессов, и затем для каждого отдельного про-
цесса разрабатывается точная структура. Поставленная цель достигнута, если
полученная модель дает однозначное представление об исходных условиях
для каждого шага процесса и о командах, которые должны быть поданы
на преобразовательные и исполнительные устройства объекта управления.
Составленная таким образом документация в сочетании с определенным
ассортиментом оборудования может быть использована для калькуляции за-
трат на создание соответствующей системы управления и вместе с техно-
логической схемой управляемого объекта и перечнем дополнительных тре-
бований (см. рис. 6.2) представляет собой ясную основу для проектирования
(или программирования) системы управления рассматриваемым процессом.
Как показывает практика, при разработке моделей управления и про-
цесса необходимо соблюдать следующие требования:
использование проблемно-независимых средств описания, т. е. не связан-
ных с определенными техническими характеристиками применяемого обору-
дования, удобных в использовании и по возможности стандартных средств
описания, которые, однако, должны быть одинаково понятны представителям
различных специальностей (например, изготовители управляющих устройств и
лица, осуществляющие их эксплуатацию, специалисты по электротехнике, гид-
равлике и пневматике, конструкторы, технологи н специалисты по вычисли-
тельной технике) и которые обеспечивают полное и непротиворечивое описа-
ние процесса управления;
возможность итеративной разработки такого описания. Другими сло-
вами, если разработка точной модели на основе предварительного, грубого
описания (см. выше) не может быть выполнена исходя только из техноло-
гических соображений, необходимо, чтобы такую разработку можно было
осуществить наиболее привычным для инженера-проектировщика методом
последовательных приближений;
легкость внесения изменений и дополнений прн решении частных задач
на всех этапах процесса проектирования;
пригодность данной формы описания для проектирования как жестко за-
программированных систем управления, так и систем с программным управ-
лением от запоминающего устройства;
простота перехода к другим видам документации в ходе выполнения на-
ладочных и ремонтных работ.
Лучше всего этим требованиям удовлетворяют графические средства
описания, такие, как графы последовательного выполнения программы, блок-
схемы алгоритмов и программ и схемы работы, которые более подробно рас-
смотрены ниже.
Графы последовательного выполнения программы. Графы последователь-
ного выполнения программы представляют собой направленные графы, пред-
назначенные для наглядной записи необходимой для управления процессом
последовательности комбинаций управляющих переменных или последова-
тельности подлежащих реализации состояний управляющих и исполнительных
устройств в зависимости от значений задающих переменных и переменных
обратной связи, определяющих выполнение очередного шага рассматривае-
мого процесса. Для изображения этих графов используют символы узлов
(вершин) и ветвей (ребер), поясняемые в табл. 6.1.
Использование графов последовательного выполнения программы для за-
писи задач управления иллюстрируется на примере объекта управления, изо-
браженного на рис. 6.5. Здесь приведена сильно упрощенная структура
сверлильного станка (упрощены схема движений и скоростей, не показаны
охлаждающая жидкость и устройство для зажима деталей, упрощено ручное
320

Рис. 6.5. Сверлильный станок
Командные аппараты: 3117 — переключатель режимов ручной/автоматический; ЗЛ — пуск
автоматики; SV —ход вперед со скоростью подачи (стартстопное управление); — об-
ратный ход со скоростью подачи (стартстопное управление). Конечные выключатели:
5/ — деталь закреплена; S2 — стол в исходном положении; S3 — переключение ускорен-
ный ход/рабочая скорость подачи; S4 — заданная глубина сверления достигнута; S5—
ограничение. Исполнительные органы: Q1 — защита перемещения стола вперед; Q2 —
защита перемещения стола назад; Q3 — защита двигателя шпинделя; У/ — муфта ус-
коренного хода; Y2 — муфта подачи. Индикация: НV — прямой ход стола; HR — об-
ратный ход стола; НВ — двигатель шпинделя включен, и	Гб — переменные обрат-
ной связи; и\, ..	— управляющие переменные; ft. о3 — информационные (из-
вестительные) переменные; иц.....цу4— задающие величины
Таблица 6.1, Символы для изображения графов
последовательного выполнения программы
Символ	Значение	Примечание
ф	Символ узла для обозначе- ния комбинаций управляющих переменных или состояний уп- равляющих и исполнительных устройств	Последовательное соединение двух узлов (непосредственно друг за другом) не допускаете я
г<А>1	Символ узла для обозначе- ния разветвлений в зависимо- сти от определенных условий	В зависимости от значения (0 или 1) двоичной переменной, за- писанной в символе, выбирается ветвь, отмеченная единицей или нулем
		Ветвь графа	Направленная связь между узлами
11
Заказ Хе 1446
321

Ручное управление
Автоматический
режим’
Рис. 6.6. Модель управления к рис. бЛ: а — граф последовательного выпол-
нения программы; б — таблица состояний процесса
	Q1	Q2	Q3	Y1	Y2	TW	HV	HR	НВ
АО	0	0	0	0	0	0	0	О	0
А1	1	0	0.	1	0	0	1	0	0
А2	1	0	1	О	1	0	f	0	1
АЗ	0	0	1	б	0	1	0	0	1
А4	0	1	1	1	0	0	0	t	1.
А5	0	1	О	1	0	0	0	1	0
А6	0	1	0	0	1	0	0	1	0
А7	1	0	0	0	1	0	1	0	0
управление). Возможны два режима работы: автоматический и ручной при
условии личной ответственности рабочего. Режим работы устанавливается
с помощью переключателя выбора режима работы S1F.
Для того чтобы начать работу в автоматическом режиме при условии,
что стол станка находится в исходном положении (52=1), а деталь за-
креплена (Sl = l), необходимо нажать на пусковую кнопку SA. При этом
стол станка сначала перемещается ускоренным ходом вправо. Как только
деталь оказывается непосредственно перед сверлом, конечный выключатель
S3 производит переключение с ускоренного хода на рабочую скорость подачи
и начинает работать шпиндель. С этого момента стол станка с деталью пе-
ремещается с рабочей скоростью подачи вправо и при этом осуществляется
процесс сверления. Срабатывание конечного выключателя S4 означает, что
заданная глубина сверления достигнута, и привод подачн отключается. Че-
322

Рис. 6.7. Насосный агрегат	Uf rf r2 и2 и3 rs r4
р _ насос; п, ...» п — переменные обрат-
ной связи; V — вентиль; и\, . . Ui — уп-
равляющие переменные; Ml, М2 — nprf-
водные двигатели; Q1 — главная защита
привода насоса; Q2, Q3 — защита закры-
тия н открытия вентиля; В1 — устрой-
ство контроля циркуляции; В2 — маномет-
рический выключатель; SI, S2 — конечные
выключатели открытия и закрытия вен-
тиля
рез определенный промежуток вре-
мени TW стол станка ускоренным
ходом возвращается в исходное по-
ложение. При замыкании контактов
конечного выключателя S3 привод шпинделя отключается.
В ручном режиме с помощью кнопок SV и S7? должен осуществляться
стартстопный (толчковый) способ перемещения стола подачи.
В обоих режимах работы рабочие состояния «Перемещение стола впе-
ред», «Возврат стола в исходное положение» и «Работа сверла» должны
быть отображены световыми индикаторами HV, HR и НВ.
Функциональное содержание поясненных здесь автоматического и руч-
ного режимов работы наглядно отражено на рис. 6.6. Представленные на
нем граф последовательного выполнения программы (рис. 6.6, а) и соответ-
ствующая таблица состояний процесса (рнс. 6.6,6) образуют ясную основу
для проектирования жестко запрограммированного управляющего устройства
или для разработки программы для системы с программным управлением от
запоминающего устройства.
При рассмотрении более сложных устройств сначала разбивают объект
на функциональные группы, для каждой функциональной группы составляют
граф выполнения программы, а затем описывают взаимодействие отдельных
функциональных групп с помощью основного графа [6.23].
Графы последовательного выполнения программы применяют прежде
всего для записи задач и для системного проектирования устройств управ-
ления машинами.
Блок-схемы алгоритмов и программ. Блок-схемы алгоритмов и программ,
широко применяемые в вычислительной технике, являются графическими
средствами изображения, которые могут быть использованы, например, для
воспроизведения длинных или разветвленных алгоритмов. Для отображения
операций и последовательности их выполнения используются символы, приве-
денные в табл. 6.2.
На рис. 6.7 показан насосный агрегат, а на рис. 6.8, а в качестве примера
приведена блок-схема алгоритма, определяющая последовательность операций,
которые должны быть выполнены при наладке этого агрегата. Данный про-
цесс словесно может быть описан следующим образом: приводной двигатель
Ml насоса Р может быть включен только тогда, когда вентиль V напор-
ного трубопровода закрыт. Поэтому проверяют, закрыт ли этот вентиль, и
при необходимости закрывают его. Если вентиль невозможно закрыть, то.
существует неисправность, для которой необходимо предусмотреть сигнали-
зацию. После включения двигателя насоса перед вентилем V создается дав-
ление р, которое при нормальной работе установки через определенное
время t2 должно достичь значения ро. Если это не произошло, то либо насос
не включился, либо в магистрали насоса отсутствует носитель. С помощью
прибора В1, контролирующего циркуляцию, можно установить причину по-
вреждения. Если по истечении времени t2 давление р перед вентилем превы-
сило значение р«, то подается команда «Открыть вентиль». Если через про-
межуток времени ti вентиль открылся, то насос работает правильно, в про-
тивном случае имеет место неисправность вентиля V. Тогда двигатель Ml
снова отключается, и подается сигнал о неисправности.
На рис. 6.8,6 тот же самый алгоритм изображен на основе упрощенных
символов, приведенных в табл. 6.2. Изображение, данное на рис. 6.8, а,
11*
323

Таблица 6.2. Условные графические обозначения,
используемые в блок-схемах алгоритмов и программ
Тип операто- ров	Символы		Значение *	Примечания
	общие	упрощен- ные		
Команд- ные	м	1	Командная операция (процесс)	Содержание операции записывается внутри сим- вола или рядом с ним
	1 /		Ручная операция	
Логиче- ские	ТДа \Нет	Да1 Нет	Операция раз- ветвления (решение)	В зависимости от ре- зультата проверки неко- торого условия выбира- ется путь «Да» (условие выполнено) или путь «Нет» (условие не выпол- нено)
			Операция раз- ветвления	В зависимости от фак- тического значения пара- метра ( выбирается один из п возможных путей
		♦		Собирательная операция	Переход к следующей операции осуществляется после выполнения всех операций по входным ли- ниям потока
Символы соедине- ния опе- раторов	1 —~		Направление выполнения программы (линия потока)	Характеризует после- довательность выполне- ния отдельных операций
	h Inn		Безусловное разветвление линии потока	Р азветвление процесс а на параллельные пути, при прохождении кото- рых операции выполня- ются одновременно
	4 и		Слияние линий потока	Переход к следующей операции происходит, если в одном из направле- ний выполнены все опера- ции
* В скобках приведены значения символов в соответствии
с ГОСТ 19.003—80. — Прим. ред.
324

Продолжение табл. 6.2
Тип операто- ров	Символы		Значение *	Примечания
	общие	упрощен- ные		
Символы соеди- нения операто- ров	—© 0—		Обрыв ЛИНИЙ потока	Переход может осуще- ствляться с нескольких направлений, но только в одну точку
Допол- нитель- ные символы	(Пуск) | (Прерываний | | (Ратанов		Обозначение границ процесса	Начало программы. Прерывание программы. Конец программы
		jl"***	Размещение ком- ментариев	Значения параметров, словесные пояснения
Подпрограмма
(предопределен-
ный процесс)
Содержит заранее ого-
воренную последователь-
ность операций
* В скобках приведены значения символов в соответствии
с ГОСТ 19.003—80. — Прим. ред.
более содержательно, так как позволяет извлечь дополнительную информа-
цию об отдельных операциях из начертания используемых символов.
Рис. 6.9—6.11 дают другой, более содержательный пример разработки и
изображения модели процесса с помощью блок-схем. Объектом рассмотрения
является механизм транспортировки бунтов стана холодной прокатки
(рис. 6.9) с подъемными платформами Н1 н Н2, подъемно-качающимся сто-
лом К и центрирующим устройством Z [6.9, 6.10]. Транспортируемые рулоны
(бунты) листовой стали укладываются на подъемную платформу Н1 (по-
зиция /), в соответствии с заданным циклом перемещений подъемной плат-
формы (подъем — перемещение вправо — опускание — перемещение влево)
шаг за шагом следуют от одной позиции к другой, затем перемещаются ука-
занным на рис. 6.9 способом с помощью подъемно-качающегося стола К и,
наконец, с платформы Н2 (позиция 12) перегружаются иа подготовленную
тележку 1Г.
Установка содержит 12 регулирующих звеньев (на рисунке не показаны
для большей наглядности), к которым подводятся двоичные управляющие
сигналы Mi—Ui2, а также 17 датчиков предельных значений для формирова-
ния двоичных переменных обратной связи ri—гп. Для случая, когда назван-
ные величины принимают значение 1, происходят операции, указанные в под-
писи к рис. 6.9.
Задача состоит в том, чтобы осуществить три независимых друг от друга
автоматических процесса pl, р2 и рЗ. При этом необходимо, чтобы эти про-
цессы могли начаться только в том случае, если установка, изображенная на
325

Рис. 6.8. Блок-схема алгоритма запуска насосного агрегата [6.8], изображен-
ного на рис. 6.7: а — подробная блок-схема; б — упрощенное изображение
6, 6 — время ожидания
рис. 6.9, находится в исходном положении, т. е. платформы Н1 и Н2 — в по-
ложении слева, внизу, а стол К— в положении слева или справа.
Программа автоматического процесса pl должна содержать полный ра-
бочий цикл подъемной платформы Н1 (подъем — перемещение вправо — опус-
кание— перемещение влево) н заключительную операцию опрокидывания
вправо стола К. Нормальный процесс предполагает, что стол К, находится
в левом положении и загружен или, если он находится в правом положении,
что позиция 5 свободна.
Программа р2 охватывает всю последовательность перемещений
(подъем — перемещение вправо — опускание — перемещение влево) подъем-
326

Рис. 6.9. Транспортировочное устройство стана холодной прокатки [6.9, 6.10]
Управляющие сигналы: и\ — подъем Н1, и2 — перемещение Н1 вправо; w3 — опуска-
ние Hl; U4 — перемещение Н1 влево; из— подъем Н2‘, и& — перемещение Н2 вправо;
п7 — опускание H2-t и» — перемещение Н2 влево; w9 — опрокидывание Л влево; «ю —
опрокидывание К. — вправо; Иц — движение Z влево; — движение Z вправо. Распре-
деление конечных выключателей: S1 — Н1 слева; S2—H1 вверху; S3 — H1 справа;
S4 — H1 внизу; S5 — H2 слева; S6 — Н2 вверху; S7 — Н2 справа; S8 — H2 внизу; S9—
позиция 5 занята; S10—-K в левом положении, загружен; S11 — K в левом положе-
нии; S12— К в правом положении; S13 — позиция 12 занята; S14 — W загружена;
S15—W в положении приема; S16 — Z слева; S17 — Z на середине
ной платформы Н2 и центрирование рулона в позиции 8. Обе операции про-
текают, по существу, параллельно. Условием для начала последовательности
перемещений платформы является либо пустая тележка W, находящаяся
в положении готовности к загрузке, либо свободная позиция 12.
Программа рЗ распространяется на все транспортировочное устройство
в целом. Она начинается выполнением программы р2. Как только платформа
Н2 возвращается в исходное положение, на качающийся стол К подается
команда опрокидывания влево. Выполнение этой команды означает начало
последовательности перемещений платформы Н1. Если после этого позиция
6 (подъемно-качающийся стол) не занята рулоном, автоматика должна
отключиться. Если же, однако, в позиции 6 находится рулон, то после воз-
врата платформы Н1 в исходное положение на стол К подается команда
«Опрокидывание вправо», и, таким образом, программа рЗ завершается.
Исходя из такой довольно общей постановки задачи, можно вначале
очень легко изобразить черновую, грубую структуру протекания процесса,
показанную на рис. 6.10, а. Эта структура, в которой все детали опущены,
дает самое общее представление о рассматриваемом процессе, однако уже
нз нее ясно, что в указанных выше трех программах имеются некоторые об-
щие процессы. Этот факт позволяет при необходимости упростить черновую
блок-схему, как показано на рис. 6.10,6. Позже это упрощение благоприятно
скажется на снижении затрат на управление, хотя, конечно, одновременно
оно приведет к тому, что структура управления будет уже не столь прозрач-
ной. После разработки черновой блок-схемы разрабатывается уточненная
структура модели процесса работы рассматриваемой установки. Она изобра-
жена на рис. 6.11 для фрагмента черновой блок-схемы, выделенного на
рис. 6.10 штрихпунктирной линией.
Как показывают рассмотренные примеры, блок-схемы алгоритмов и про-
грамм очень удобно использовать для изображения процессов автоматиче-
ского управления. Поскольку имеется возможность иерархического построе-
ния данного вида документации, степень сложности управляющего устрой-
ства не играет при этом никакой роли. Следует, однако,, подчеркнуть, что
описание ручного управления объектами с помощью блок-схем алгоритмов и
программ, в противоположность отображению с помощью графов последова-
327

fl
Рис. 6.10. Черновая структура модели процесса к рис. 6.9: а — подробная;
б — упрощенная
328

Q Пуск
—[выбор программы
Да
1/1
Включить подъем Н1
Ист
S-1- S5- S8IS11 + S12)
( А = 1: Установка в исходном положении^
Начало автоматического процесса
------[я =$72' S3 + S1I-S10
($ = 1; Начальные условия для Р1 выполнены^
Выключить подъем Н1
Включить движение Н1 вправо
Нет
Выключить движение Н1 вправо
Включить опускание Н1
Выключить опускание Н1
Включить движение Н1 влево
Нет
Выключить движение Н1 влево
1/6
Включить опрокидывание
К вправо
1/7.
Выключить опрокидывание
К вправо
^ Останов д7
Рис. 6.11. Уточненная структура модели процесса к рис. 6.9 (фрагмент)
329

а) От шага Sп
6)
|& Разветвление И.
[	| Ове ветви проходятся
одновременно
1^7 Разветвление ИЛИ
I--1---1	Выполняется одна
1	1	или оде ветви
1=, Развит вление„Иск.лю-
।--1---,	чающее ИЛИ"
'	1	Выполняется только
[т\ одна ветвь
I п / Разветвление .,п из т
П I I I Из т ветвей выполняются р
Рис. 6.12 Условные графические обозначения, используемые для изображе-
ния схем работы: а—условные обозначения для характеристики некоторого
шага процесса; б — символы для изображения разветвлений в протекании
процесса
тельного выполнения программы, возможно только в том случае, если для
ручного режима предусмотрена однозначная последовательность выполнения
операций.
Блок-схемы алгоритмов и программ используются в качестве исходной
базы для целенаправленного проектирования жестко запрограммированных
устройств управления процессами и для программирования управляющих
вычислительных машин.
Схемы работы. Для описания некоторого процесса с помощью схем ра-
боты [6.11] этот процесс разбивается на отдельные шаги и каждый шаг ото-
бражается, как показано на рис. 6.12, а, условным графическим обозначе-
нием. В таком условном обозначении в верхней половине проставляется
номер шага (здесь п+1), а в нижней половине — при необходимости обозна-
чение технологической операции, которая выполняется во время рассматри-
ваемого шага в объекте управления. Подаваемые в связи с этим на объект
команды поясняются в перечне, помещенном справа около графического сим-
вола шага, а именно в колонке А дается условное обозначение, выражаю-
щее вид команды, например; D — задержанная команда; NS — команда, не
помещенная в память; S — команда, помещенная в память; Т — команда
с ограниченным временем действия и т. д. (см. [6.11]), а в колонке В поме-
щается краткое описание содержания команды, например: «Включить двига-
тель М1», «Открыть вентиль V» и т. д. Если требуется сообщение (сигнали-
зация) о выполнении команды как условие для выполнения следующего шага
процесса, то соответствующая команда обозначается цифрой в графе С,
в противном случае эта графа остается пустой. То же самое цифровое обо-
значение проставляют в том месте схемы работы, где появляется указанное
сообщение как условие для выполнения следующего шага.
Входы условного обозначения шага следует рассматривать как связан-
ные логической операцией И. Вследствие этого условие выполнения отдель-
ных шагов S’ имеет вид
Sn+I: =Sn.B?-B%- . . . -В».	(6.12)
Это означает, что данный шаг процесса осуществляется, если отмечено
выполнение предыдущего шага и выполнены все m условий Bin, ..., Bmn.
Если не сделано специальных оговорок, то выполнение очередного шага пре-
кращается с началом следующего шага.
Если после выполнения некоторого шага процесс разветвляется, то это
отражается на схеме с помощью указанных на рис. 6.12,6 символов раз-
330

Рис. 6.13. Приводной агрегат с высоко-
вольтным двигателем
М — асинхронный двигатель с фазным ротором;
Ml — привод масляного насоса системы прину-
дительной смазки; М2 — сервопривод устройства
замыкания ротора накоротко и подъема ще-
ток (УЗЩ); М3 — привод вентилятора для форси-
рованного воздушного охлаждения асинхронного
двигателя; М4 — сервопривод для управления
пусковым реостатом; R — пусковой реостат; Q —
силовой выключатель. Управляющие сигналы:
Ui — включить силовой выключатель; щ— выклю-
чить силовой выключатель; — включнть/выклю-
чнть привод масляного насоса; и4 — включить
УЗЩ; «5—выключить УЗЩ; «6 — включить/вы-
ключнть привод вентилятора; и? — включнть/вы-
ключить привод пускового реостата (ход впе-
ред); — включнть/выключнть привод пуско-
вого реостата (обратный ход). Сигналы обрат-
ной связи: Г1 — состояние лилового выключателя
(включеио/выключено); г2 — напряжение сети; г3—
состояние защиты от перегрузки; г4 — состояние
защиты от короткого замыкания; — режим
работы масляного насоса; — давление масла;
г7 — температура подшипников; г8 — температура
обмотки; г9 — режим работы привода вентиля-
тора; гю — воздушный поток; гп — сопротивление изоляции; г12 — щетки наложены;
Г1з — щетки подняты, ротор замкнут накоротко; г14— пусковой реостат в конечном по-
ложении (/?=0); г 15 — пусковой реостат в исходном положении
ветвления. Кроме того, при изображении схем работы используют логические
символы, установленные Международной электротехнической комиссией (пуб-
ликация 117-15).
В качестве первого примера использования схем работы для записи за-
дач управления рассматривается процесс управления пуском высоковольтного
двигателя (рис. 6.13). Двигатель снабжен системой принудительной венти-
ляции и масляным насосом для системы смазки. В двигателе имеются уст-
ройство для замыкания ротора накоротко и щеткоподъемный механизм (на
схеме обозначены как УЗЩ), а также пусковой реостат R. Предусмотрен
контроль времени разгона двигателя.
Процесс пуска совершается за 7 шагов (рис. 6.14). Сначала по команде
«Пуск» включаются вентилятор и масляный насос (рис. 6.14, шаг /). Как
только получены сообщения об этом (7, 2) и информция о напряжении сети,
состоянии устройств защиты, подаче воздуха для охлаждения, давлении
масла, температуре подшипников и обмотки, сопротивлении изоляции, поло-
жении щеток и пускового реостата, включается силовой высоковольтный вы-
ключатель Q и подается сигнал «Пуск начат» (шаг 2). После включения си-
лового выключателя на следующем шаге (шаг 3) устанавливается время
ожидания Л = 1 с и начинается отсчет времени контроля пуска /г=1 мин. По
истечении времени ожидания h включается сервопривод пускового реостата и
начинается отсчет времени наблюдения /3=ЗО с (шаг 4). Если пусковой рео-
стат находится в конечном положении, сервопривод отключается, ротор за-
мыкается накоротко и щетки поднимаются (шаг 5). Если об этом поступило
сообщение, пусковой реостат переводится в исходное положение и наблюде-
ние прекращается (шаг 6). Как только пусковой реостат займет исходное по-
ложение, на последнем шаге (шаг 7) отключается сервопривод пускового
реостата, время слежения за пусковым циклом обнуляется и подается сигнал
«Пуск окончен».
В качестве следующего примера применения схем работы рассмотрим
химическую установку (рис. 6.15), в которой осуществляется реакция двух
жидких исходных веществ А и В, подаваемых в определенных количествен-
ных соотношениях (порциями) в мешалку RK, в результате чего образуется
конечный продукт С. Оба компонента А и В извлекаются из баков VB1 и
VB2 и дозируются в емкостях DG1 и DG2. Порядок работы исполнительных
устройств, необходимый для осуществления процесса загрузки, описывается
схемой работы, приведенной на рис. 6.16.
331

Команда пуска
1
Подготовка
S	Включить привод вентилятора	1
S'	Включить привод масляного насоса	2
г—1
—	2
—	 Напряжение имеется	
—	Защита от перегрузки не сработала
—	Защита от короткого замыкания не сработала
—	Поток охлаждающего воздуха имеется
—	Давление масла более 250 кПа
—	Температура подшипника менее 100“ С
—	’Температура обмотки менее 60 “С
—	Сопротивление изоляции более 5 МОм
—	Щетки наложены
—	Пусковой реостат в исходном положении
—	Прием всех сообщений подтвержден’
2		S	Включить силовой выключатель	1
Включение		S	Сообщение "Пуск начат"	2
Г-	1			
3		NSD	Начать отсчет времени ожидания, fj = 1 с	1
Начало		SD	Начать контроль пуска, t2 = 1 мин	2
Г“	1.			
4		S	Включить привод пускового реостата (ход вперед)	1
Пуск		SD	Начать наблюдение за пуском, t3 = 30 с	2
Г“	Пусковой реостат в конечном положении (fl = 0)			
-5		S	Выключить привод пускового реостата	1
Работа		S	Ротор замкнуть накоротко, щетки поднять	2
	2			
		S	Включить привод пускового реостата (обратный ход)	1
		ST	Закончить наблюдение за пуском	2
г~	Пусковой реостат в исходном положении			
7		S	Выключить привод пускового реостата	1
Окончание		S	Сообщение "Пуск окончен"	2
		ST	Прекратить контроль пуска	3
		ST	Конец шага 7	4
Рис. 6.14. Пример составления схемы работы. Пуск асинхронного двига-
теля с фазным ротором, изображенного на рис. 6.13
332

Рис. 6,15. Мешалка
DG1, DG2 — дозирующие емкости;
VB1, VB2 — баки с исходными
компонентами; SB — коллектор;
^/( — мешалка; М — двигатель ме-
шалки; W—V5 — вентили с элек-
тромеханическим приводом. Пере-
численным ниже двоичным управ-
ляющим переменным и перемен-
ным обратной связи при значе-
нии этих переменных, равном 1,
соответствуют следующие опера-
ции и состояния. Управляющие
сигналы: щ — открыть VI; «2 —
открыть V2; и3 — открыть V3; щ —
открыть V4;	— открыть V5; u6 —
включить М. Сигналы обратной
связи; ri — VB1 заполнен; г2 —
VI закрыт; г3 — в DG1 необходи-
мая доза имеется; r^ — DGl пуста;
/5 — V3 закрыт; Гд — работает ме-
шалка; r7 — RK пуста; г8 — V5 за-
крыт; Ге — SB заполнен; гю — VB2
заполнен; ru — V2 закрыт; ri2 —
в DG2 необходимая доза имеется;
ria — DG2 пуста; Гц—V4 закрыт
Автоматический процесс предполагает, что установлены нормы дозирова-
ния и желаемое число загрузок, баки VB1, VB2 с исходными компонентами
наполнены, вентили VI—V5 закрыты, а дозирующие емкости DG1, DG2, как
и мешалка RK, не загружены. Если эти условия выполнены, то после на-
жатия на пусковую кнопку вентили VI и V2 открываются, а емкости DG1 и
DG2 одновременно наполняются (рис. 6.16, шаги 1/1 и 1/2). После накоп-
ления в этих емкостях необходимых доз исходных компонентов оба вентиля
снова закрываются (рис. 6.16, шаги 2/1 и 2/2). После того как вентиль VI
закрылся, открывается вентиль V3, в результате чего содержимое дозирую-
щей емкости DG1 переходит в мешалку RK (рис. 6.16, шаг 3). Дальше вен-
тиль V3 снова закрывается и включается двигатель М мешалки (рис. 6.16,
шаг 4). Заключительной операцией является опорожнение емкости DG2, со-
держимое которой переходит в мешалку посредством открытия вентиля V4
(рис. 6.16, шаг 5). После этого должно пройти определенное время, необхо-
димое для протекания реакции (рис. 6.16, шаг 6), и, наконец, если в кол-
лекторе SB еще есть конечный продукт, мешалка RR через вентиль V5 раз-
гружается в коллектор и одновременно отключается двигатель М мешалки
(рис. 6.16, шаг 7). После опорожнения мешалки RK вентиль V5 снова за-
крывается и содержимое счетчика порций уменьшается на 1 (рис. 6.16,
шаг 8). Этот процесс повторяется до получения заданного числа загрузок
или иногда до подачи команды остановки.
Схемы работы являются эффективным средством точной и лаконичной
записи задач управления процессами и оказывают большую помощь при
разработке структуры аппаратной части и математического обеспечения со-
ответствующих управляющих устройств. Дополнительные сведения о коман-
дах и ответных сообщениях можно извлечь из адресов и обозначений выво-
дов, с которых снимаются соответствующие сигналы.
К преимуществам схем работы следует отнести то, что они могут выпол-
няться на стандартных бланках. Различные модификации таких схем чита-
тель может найти в работах [6.12—6.14].

УЛ/, VB2заполнены
Дозы компонентов установлены
Число загрузок задано
Вентили VI—V5 закрыты
DG1, DG2f RK пусты
Ручной пуск
	—
	&		
			
1/1		- NS | Открыть VI	| |	1/2
Наполнить DG1			Наполнить DG2
- Л/S Открыть
в DG1 необходимая доза имеется
в DG2 необходимая
2/1	—| NS | Закрыть У/	| 1 |	2/2
		
| Л/S | Закрыть У.2 1
3	—j Л/S | Открыть УЗ	| |
Разгрузить DG1	
DG1 пуста
	4
	
NS	Закрыть V3	1
NS	Включить М	2
— 2'
— 2/2.1
5	/vs	Открыть V4	|
Разгрузить DG2		
DG2 пуста
6	
Реакция	
		р
7	
Разгрузить RK	
2
Коллектор заполнен
/vs	Закрыть V4	1
NSD	Время реакции	2
/vs	Открыть V5	
NS	Отключить М	
RK пуста
	8
	
NS	Закрыть V5	1
NS	Счетчик порций установить в исходное состояние	
О- Прерывание
О— Заданное число загрузок достигнуто
Рис. 6.16. Схема работы к рис. 6.15
334

6.3. УПРАВЛЯЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
6.3.1. Отличительные признаки. Классификацию и наиме-
нование промышленных управляющих устройств производят
по преобладающим в данном устройстве признакам, приве-
денным в табл. 6.3. В связи с этим управляющие устройства
подразделяют прежде всего по способу представления инфор-
мации, т. е. по способу представления задающих величин,
переменных обратной связи, управляющих величин и информа-
ционных переменных и способу обработки сигналов в управ-
ляющем устройстве. В соответствии с этим признаком различают
аналоговые, двоичные и цифровые (числовые) управляю-
щие устройства. Для дискретных систем (далее рассматрива-
ются исключительно эти системы) важна, кроме того, класси-
фикация по принципу работы управляющего устройства, по
принципу технической реализации его логической функцио-
нальной структуры и по модифицируемости его функциональ-
ного содержания, т. е. по возможности изменения логического
содержания и, следовательно, управляющей функции с по-
мощью соответствующих операций в ходе нормальной экс-
плуатации. Ниже эти вопросы поясняются более подробно.
Принцип действия. По принципу действия, т. е. по типу и
способу формирования управляющих величин щ из входных
переменных w,- и rf, следует различать следящие управляющие
устройства и устройства программного управления.
Следящие управляющие устройства. В следящих устрой-
ствах в принципе каждый переход из одного состояния щ
в другое вызывается определенной комбинацией задающих ве-
личин Wj (рис. 6.17, а). Соответствующие управляющие уст-
ройства реализуют в основном статические логические соот-
ветствия. Комбинации управляющих переменных щ следуют
за комбинациями задающих величин w,- «стихийно», а именно
тогда, когда выполнены обусловленные эксплуатационными
требованиями и требованиями надежности соотношения (так
называемые условия блокировки) между компонентами век-
тора w или между векторами w и г, т. е. когда определенная
логическая функция /i,-(w, г) принимает значение 1. Поэтому
следящие устройства называют также логическими или блоки-
ровочными управляющими устройствами.
Принцип следящего управления встречается в отдельных
приводах с ручным управлением (приводы кранов, электромо-
били), в различных обрабатывающих устройствах с ручным
управлением, в которых все отдельные технологические опе-
рации начинаются и завершаются вручную, например позицио-
нирование в металлорежущих станках путем включения и вы-
ключения соответствующего привода, а также в установках
с ручным управлением, например в транспортных механизмах,
в которых отдельные системы привода или группы приводов
включаются или выключаются вручную.
335

Таблица 6.3. Классификация промышленных управляющих устройств
Классы	2,. . ., р) промышленных управляющих устройств и соответствующие им признаки		Элементы классов тц (i = b	р; / = L 2, . . ., q)					
		тн	т12	mis	ти	mi5	• . .
Ml	Способ представ- ления инфор- мации	Аналоговые управляющие устройства	Двоичные управляющие устройства	Цифровые (числовые) управляющие устройства			
М2	Положенный в основу принцип действия	Следящие устройства (логические устройства)	Устройства программного управления				
			работающие в функции времени	с обратной связью по пере- менным процесса			
М3	Техническая реализация логи- ческой струк- туры	С жестким про- граммированием	С программным управлением от ЗУ				
М4	Модифицируе- мость функцио- нального содер- жания	Жестко запро- граммированные устройства	Ограниченно программируемые устройства	Свободно программируемые устройства			
	1						
							
М5	Тип обработки сигналов	Асинхронные устройства	Устройства с тактовой син- хронизацией				
Мб	Вид вспомога- тельной энергии	Электрические	Пневматические	Гидравлические			
М7	Элементная база	Контакторные управляющие устройства	Релейные управляющие устройства	Бесконтактные управляющие устройства	Управляющие устройства на основе ЭВМ		-
М8	Место в иерар- хии управления	Отдельные устройства	Устройства управления функциональ- ными группами	Устройства управления отдельными процессами	Устройства управления процессом в целом		
М9	Тип управляе- мого объекта	Устройства управления электроприводами	Устройства управления машинами	Устройства управления установками	Устройства управления манипуляторами	Устройства управления подъемниками	. . .
М10	Особенности управляемого объекта	Устройства позиционного программного управления	Устройства прямоугольно- контурного управления	Устройства контурного программного управления			
	•					*	•

a) w
Управляющее
устройство
Объект
управления
б) w	в) w
Рис. 6.17. Принцип действия промышленных управляющих устройств: а —
следящее устройство; б — устройство программного управления, работающее
в функции времени; в — устройство программного управления с обратной
связью по переменным процесса
Устройства программного управления. В этих устройствах
процесс управления разбит на отдельные шаги, которые вы-
полняются управляющим устройством последовательно друг
за другом в зависимости от времени или от состояния про-
цесса, каждый раз при выполнении определенных критериев.
В соответствии с этим различают устройства программного
управления, работающие в функции времени, и устройства
управления с обратной связью по состоянию процесса. В уст-
ройствах программного управления комбинации управляющих
338

переменных и, следуют за задающими величинами не спон-
танно, а по заложенной в управляющее устройство программе,
состоящей из отдельных шагов, т. е. тогда, когда выполнены
установленные для данного шага временные условия или
в объекте управления произошли запланированные события.
Характерным для программного управления в функции вре-
мени является то, что управляющее устройство используется
в качестве временного программного датчика, в котором на-
капливается временная последовательность команд и которое
после его запуска стартовым сигналом wA выдает в опреде-
ленные моменты времени tt (1=1, 2, ..., п) комбинации уп-
равляющих величин и,- (i=l, 2, ..., п) независимо от процессов
в объекте управления (рис. 6.17, б). Другими словами, при
программном управлении в функции времени последователь-
ность значений управляющих переменных зависит только от
w, от заложенной в память временной программы и от вре-
мени. При этом отсутствуют вектор переменных обратной
связи г и соответствующие измерительные звенья.
Системы с программным управлением в функции времени
применяются там, где можно с уверенностью предположить,
что процессы в объекте управления протекают всегда по одной
и той же временной диаграмме, или где показатели (крите-
рии) данного процесса совсем не могут быть измерены либо
эти измерения очень затруднительны. Описанные устройства
используются в аппаратуре автоматического управления пус-
ком двигателей, которые разгоняются всегда с одной и той же
нагрузочной диаграммой, в автоматике стиральных машин,
центрифуг, формовочных машин, в устройствах контактной
сварки и вообще в устройствах, осуществляющих автоматиче-
ские процессы очистки, нагрева, агломерации, обжига, просеи-
вания и сушки.
Хотя устройства временного программного управления от-
носительно просты в изготовлении и дешевы, поскольку они
не требуют датчиков, в производственной практике предпочте-
ние отдается устройствам управления по состоянию процесса,
так как они на основе своего принципа работы обеспечивают
известное приспособление выполняемой программы к случай-
ным сбоям в протекании процесса. Как уже упоминалось,
в устройствах этого типа очередная комбинация управляющих
величин и/ вырабатывается только тогда, когда удовлетворены
определенные критерии данного процесса. Для этого необхо-
димо получить с . помощью соответствующих измерительных
устройств данные о наступлении определенных событий в объ-
екте управления («Заданное положение достигнуто», «Время
наблюдения истекло» и др.) и передать эти данные в управ-
ляющее устройство. Последнее выполняет в принципе функ-
цию программного датчика. Оно запускается, как и временное
управляющее устройство, с помощью стартового сигнала wA,
однако процесс управления осуществляется здесь не в функ-
339

ции заданных моментов времени, а в зависимости от выпол-
нения условий (вида r = Tj) перехода к следующему шагу про-
цесса (рис. 6.17, в). Это означает, что в управляющих устрой-
ствах данного типа вектор управляющих переменных и зави-
сит от вектора задания w, от заложенной в память программы
и от вектора переменных обратной связи г.
В применяемой на практике аппаратуре управления сле-
дящие и программные управляющие устройства часто комби-
нируются. Например, следящее устройство обеспечивает руч-
ной привод некоторого механизма, в то время как устройство
программного управления служит для реализации определен-
ной автоматической программы.
Реализация функций. В отношении технического исполне-
ния логической структуры управляющего устройства имеются
два принципиальных альтернативных варианта, осуществимых
при определенных экономических ограничениях, а именно
жесткое программирование и программное управление от за-
поминающего устройства (ЗУ).
Жесткое программирование. Управляющее устройство на-
зывается жестко запрограммированным, если его функция
a=f(e) [уравнение (6.1)] задана посредством жесткого соеди-
нения элементов и узлов (соединение с помощью пайки,
сварки, намотки, клемм, штеккеров или зажимов). Такое уп-
равляющее устройство состоит из электромеханических или
электронных элементов широкого применения (реле, контак-
торы, бесконтактные элементы, триггеры) или специализиро-
ванных устройств и блоков соответствующего ассортимента
(сумматоры, мультиплексоры, кодовые преобразователи, запо-
минающие устройства, счетчики, сдвиговые регистры, ком-
плектные модули управления приводами и сигнализации и др.).
Типичные примеры таких устройств приведены на рис. 6.24,
6.27, 6.47.
При использовании этой техники для решения каждой но-
вой задачи управления требуется заново выполнить процесс
проектирования схемы, включая разработку документации, не-
обходимой для ее изготовления, испытания, наладки и экс-
плуатации. Поскольку соответствующий вариант проекта на-
ходит свое отражение непосредственно в структуре схемы,
жестко программируемые устройства являются не очень гиб-
кими в отношении изменения функционального содержания,
так как соответствующая модификация может быть осущест-
влена только путем изменения соединений (перепайка, пере-
мотка и т. д.) и связанных с этим конструктивных изменений.
Некоторой гибкости можно достичь только благодаря включе-
нию в структуру схемы взаимозаменяемых или модифицируе-
мых соединительных звеньев, например матрично-программи-
руемых панелей (см. рис. 6.48, а).
Типичным для жестко программируемых управляющих
устройств является параллельный, т. е. очень быстрый, режим
340

работы. Временная задержка между входными и выходными
величинами определяется только собственным операционным
временем элементов. Поэтому такие управляющие устройства
применяются преимущественно на уровнях иерархии автома-
тизации, относящихся непосредственно к процессу (см.
рис. 6.3), где они решают задачи, указанные на рис. 6.19.
Программное управление от запоминающего устройства.
Устройства с программным управлением от ЗУ работают по-
следовательно. Процесс получения выходных комбинаций а»
из входных комбинаций е/ (рис. 6.1) зафиксирован в виде по-
следовательности определенных инструкций в постоянной или
оперативной памяти управляющего устройства. С помощью
операционного блока, также входящего в состав управляю-
щего устройства, записанные инструкции последовательно счи-
тываются, интерпретируются и выполняются. Системы с про-
граммным управлением от ЗУ работают поэтому в принципе
медленнее, чем структуры с жестким программированием.
В противоположность жестко программируемым системам
в системах с управлением от ЗУ при решении новой задачи
управления не требуется выполнять проектирование в полном
объеме, нужно лишь выбрать соответствующее объему решае-
мой задачи проблемно-независимое управляющее устройство
и, используя необходимое математическое обеспечение, подго-
товить управляющую программу в соответствии с особенно-
стями данной конкретной задачи. Эту программу, представ-
ляющую собой управляющую функцию, можно легко докумен-
тально оформить и при необходимости корректировки или до-
полнения относительно просто изменить, что дает большие
преимущества в практическом использовании данной системы
управления. Однако поскольку устройства программного уп-
равления от ЗУ по сравнению с жестко программируемыми
требуют значительно больших основных затрат (минимальная
конфигурация памяти программ, операционный блок, система
питания), они могут использоваться только в том случае, если
объем задач превышает определенную границу X (рис. 6.18).
По мере технического прогресса, однако, эта граница все
больше и больше смещается в область меньших значений.
Типичными представителями систем с программным управ-
лением от ЗУ являются программируемые управляющие уст-
ройства (программируемые контроллеры) и управляющие
цифровые вычислительные машины. Они используются пре-
имущественно для автоматизации обработки информации на
более высоких уровнях иерархии (см. рис. 6.3), однако совер-
шенно очевидно их проникновение в область управления непо-
средственно самим процессом.
В табл. 6.4 и на рис. 6.19 и 6.20 приведены основные свой-
ства систем с программным управлением от ЗУ и с жестким
программированием, решаемые с их помощью задачи, а также
сравнение затрат, связанных с выбором одного из этих двух
341

Затраты на‘
изготовление
управляюще-
го устрой. -
слова
'Жесткое проераммирова-.,
ние	S’
/м модификация
.......Ill'll Г11ТП
। \Лрограммное\ J j I
\ Управление от ЗУ
fflllJiMlillllllllllj
Сдоем задача
Предел
экономичности
Рис. 6.18. Качественное срав-
нение структур управляющих
устройств с жестким програм-
мированием и программным
управлением от ЗУ
типов управляющих уст-
ройств при решении оди-
наковых задач управ-
ления.
Функциональная модифицируемость. По возможности из-
менения функционального содержания готового к эксплуата-
ции управляющего устройства различают:
управляющие устройства с жесткой логической структурой;
управляющие устройства с ограниченно варьируемой про-
граммой;
свободно программируемые управляющие устройства.
Управляющие устройства с жесткой логической структу-
рой. Такие устройства постоянно реализуют строго предписан-
ную управляющую функцию. Они выполняются как на основе
жесткого программирования, так и по принципу управления
от программы, хранящейся в памяти, и представляют собой
одноцелевые устройства, управляющие неизменным техноло-
гическим процессом, где нет необходимости изменять процесс
управления.
Примерами таких устройств являются автоматические уст-
ройства для пуска и остановки отдельных машин и машинных
агрегатов.
Рис. 6.19. Задачи, экономически выгодно решаемые с помощью жестко про-
граммируемых систем и систем программного управления от ЗУ
Заштрихованными участками показаны основные области применения, чистым участ-
кам соответствуют единичные задачи
342

Таблица 6.4. Свойства жестко программируемых систем и систем с программным управлением от ЗУ
Системы с программным управлением от ЗУ	Является проблемно-независимым устройством с внутренней памятью, содержащей характер- ную для задач данного типа последовательность инструкций	Реализуется обработкой последовательности инструкций, заложенной во внутреннем ЗУ	Относительно велико (миллисекунды) вслед- ствие последовательного режима работы; зависит от времени цикла и от продолжительности про- граммы	Осуществляется путем изменения програм- много обеспечения	Требует новой программы
Жестко программируемые системы	Состоит из элементов, блоков и модулей широкого назначения, соединенных в соответ- ствии с конкретной задачей	Определяется функциями элементов и свя- | зями между ними	1 । Очень короткое (микросекунды) вследствие । параллельного режима работы; определяется только запаздыванием, вносимым самими эле- ментами	Осуществляется аппаратными средствами	Требует новой разработки схемы
Наименование	Управляющее устройство	Функция	управляющего устройства	Время срабатывания	Изменение функций	Решение новой задачи управ- ления
343

6.4		хего гель [ЯЮ-	н « X о о я	ою §А	
табл.	от ЗУ	а u. s 2 5 " к о 5 Ч я Е и F	и 4> w СП ч *	§ * >о X	
3 3 ф И о о си	м управлением	ш для упра кимого ЗУ на юнирования j	:ительно мед гнной модели сих основных	[ии среднего и 1гической свя:	
	3 ЕС 3 S	4> CU у X и й ° 5я о г*	о си о о S	л Ч т ? 8	
	Л а О а с	1льные 1ЫВ0Д с ния ф) ггва	ются икации гльно 1	Л X 8 ё 1 § S 6	
	3 2 ь	щипиа ггва; е еспече строке	св Ь и s х X < о s § S	задач при	о
	о 3	Приг устройс для об щего у	8’® ° >» и S st Си о к	Для объема	6.3 и 6
			Я я	ою	X
			с £*	SV/	CU
			ему х за	CU	См
	3 1 я		но объ новны	ого и । связи ’	
	и		л cj ч о	ч л »х	
	3		X X	а §	
	3 ад a я	3 S	2 3 я 5 CU я О 3	» 8 S « Л и,	
	«3	X	§£	□ о	
	а о а	§	Е Л X X СО	Э S 8 5	
	к	Л	g ш	« 5	
	о и	Ч	2 п		
	н ад к	S к X ст	S = X Л О* Ч X £	задач при	
		я я	4 S 4> Г»	« 2	
		си С	ш У >2 I X	C3S	
			о ь	'g	
					&•
				л	X
			00	о	X ЕС
	ад S		СО	о а> Ч	И еии
	X л		Q	ё	X Я tr> <D
	ю о я	я	X си	к- К	НИС iBtfl
	2 S л	я я g	g	« 5 О и 2 ®	In и ?е а
	X	а <У	3	я S - X	3 5
		5.	л си	Зи ч юноз	2 ч g'S
			л СП	бб о о X	Ре ные
Число основных логических функций
Сумма двоичных входов и выходов
344

Рис. 6.20. Сравнение затрат при решении одинаковых задач управления
с помощью различных средств технической реализации [6.15]
1—релейное управляющее устройство; 2 — жестко запрограммированное бесконтакт-
ное управляющее устройство; 3 — программируемое управляющее устройство; 4~ УВМ
Управляющие устройства с ограниченно варьируемой про-
граммой. В таких устройствах функциональное содержание
фиксируется частично в постоянной структуре с жестким про-
граммированием или с программой, хранящейся в памяти,
а частично в изменяемых или взаимозаменяемых элементах
памяти или соединительных звеньях. Такими взаимозаменяе-
мыми или модифицируемыми элементами являются: подвиж-
ные ограничители и контактные кулачки, коммутационные па-
нели, цифровые выключатели с предварительной установкой,
панели с матричным программированием, контактные бара-
баны, программные штеккеры, постоянная память, профильные
и рельефные перфокарты, перфорированные шаблоны, перфо-
ленты и перфокарты.
Такие управляющие устройства используются в объектах,
в которых протекание процесса в принципе постоянно, но
время от времени, например от загрузки к загрузке, от пар-
тии к партии или от серии к серии, задаются новые техноло-
гические параметры (технологическая схема, скорость обра-
ботки, продолжительность реакции, соотношение компонентов
и т. п.), изменяются последовательность этапов процесса или
условия дальнейшего протекания процесса. Это типично для
многих двоичных устройств программного управления маши-
345

нами и установками в химической, металлургической и других
отраслях промышленности, а также для цифровых устройств
в контрольно-измерительной технике.
Свободно программируемые управляющие устройства. Та-
кие устройства реализуются принципиально только на основе
структур программного управления от ЗУ. Необходимое функ-
циональное содержание в виде программы заложено в опера-
тивную память управляющего устройства. Изменение функций
осуществляется путем стирания старой и записи новой про-
граммы. Типичными примерами таких управляющих устройств
являются управляющие вычислительные машины всех разно-
видностей. Их используют, если в рамках процесса управления
нужно выполнить большой объем логических и цифровых опе-
раций, а также если необходимо осуществлять регистрацию,
обработку и уплотнение данных или если в соответствии с кон-
кретной задачей требуется часто производить изменение про-
граммы.
6.3.2. Жестко программируемые системы. Особенности.
В жестко программируемых управляющих устройствах обра-
ботка сигналов осуществляется с помощью электромеханиче-
ских контактных элементов (реле напряжения, реле времени,
контакторы) или с помощью электронных логических элемен-
тов и блоков логики с более высокой организацией (см.
п. 6.3.1). Для использования того или иного ассортимента
элементов решающее значение имеет вопрос, насколько проек-
тируемые устройства (табл. 6.5) отвечают техническим и эко-
номическим требованиям, таким, как [6.16] вид и объем задачи
управления, необходимые характеристики надежности, разме-
щаемость и согласуемость с другими компонентами системы,
допустимые затраты на техническую подготовку, монтаж, на-
ладку и техническое обслуживание, стоимость, условия сопря-
жения, климатические условия, допустимые механические на-
грузки и др.
Кроме того, на практике на выбор соответствующих эле-
ментов значительное влияние оказывают личный опыт и при-
вычки проектировщика и заказчика. Использование контакт-
ных и бесконтактных жестко программируемых систем, как
показано на рис. 6.3, сосредоточено на нижних уровнях иерар-
хии автоматизированной системы управления, где на перед-
нем плане находятся выполнение простых логических опера-
ций, осуществление функций программного управления,
а также выполнение счетных и простых арифметических опе-
раций.
Проектирование жестко программируемых систем осущест-
вляется так, как изложено в п. 6.1.2 (см. рис. 6.2). После того
как выяснен вопрос о желаемом процессе управления, состав-
лен перечень необходимой аппаратуры и согласованы все тре-
бования, которым должна удовлетворять проектируемая си-
стема управления, приступают (на основе вышеназванных кри-
346

Таблица 6.5. Свойства электромеханических и электронных
логических элементов и блоков
Электромеханические реле
и контакторы
Электронные логические элементы
и блоки
Обычная техника
Разделение потенциалов
Визуальное определение состояния
коммутационного аппарата («вклю-
чено» или «выключено»)
Простое обслуживание
Помехоустойчивость
Незначительное падение напряже-
ния на разрывных промежутках
Возможно прямое подключение к
сети
Частота переключений ограничена
Низкая стоимость
Только для обработки двоичных
сигналов
Пригодны только для низкой степени
логической связи* (V 2)
Отсутствие износа
Техника, не требующая обслужива-
ния
Требуют незначительных площадей
Почти нечувствительны к внешним
воздействиям
Работают бесшумно
Незначительное энергопотребление
Высокая частота переключений
Более высокая надежность по сравне-
нию с контактными элементами
Возможна обработка двоичных и
цифровых сигналов
Пригодны для средней степени логи-
ческой связи* (2 V 5)
* См. примечание к табл. 6.4.
терпев) к отбору конкретных технических средств. 2аключи-
тельным этапом технической подготовки является разработка
принципиальных или структурных схем.
При проектировании релейных и контакторных устройств
идут чаще всего эмпирически-интуитивным путем, применяя
основные стандартные схемы, обычно используемые в электро-
приводе, и типичные для электропривода управляющие блоки
[6.16—6.18].
При проектировании электронных жестко программируе-
мых управляющих устройств все большее применение находят
системные методы, позволяющие рационализировать стадию тех-
нической подготовки. Особенно хорошо зарекомендовали себя
методы, дающие возможность производить стандартную раз-
работку электрических схем и одновременно использовать от-
дельные удачные решения, а также опыт проектировщика.
Проектирование по методу ГВП [6.7, 6.19—6.25]. Этот ме-
тод пригоден для системного проектирования следящих и про-
граммных управляющих устройств небольшого объема. Пред-
полагается, что желаемая управляющая функция записана
с помощью графов последовательного выполнения программы
(ГВП) (см. п. 6.2.3). В частности, при использовании этого
метода должны быть выполнены рабочие шаги, указанные на
рис. 6.21. Они подробно поясняются ниже на примере проек-
тирования электронного управляющего устройства сверлиль-
ного станка (см. рис. 6.5). Граф последовательного выполне-
347

.5.1----------1------
Кодирование
выходных состояний
5.2-----------1--
Изображение
автоматного графа
,5.3----------------
Нахождение функций
установки и сброса
а
с
5.4----------------
Нахождение
выходных функций
v
го
ш
о
а.
i
ГО
а
о-5.7
ГО
.5.5---------------------
Разработка структуры
управляющего устройства
5.6---------------
Оценка результатов
проектирования
Нет
Да
Выполнены
технико-эко-
номические
условия?
Корректировка
ГГ5,8'
Разработка технологической
документации
п-5.9-
Изготовление и наладка
управляющего устройства
Рис. 6.21. Шаги проектирования по методу ГВП (уточнение подпрограммы 5
на рис. 6.2)
ния программы, служащий основой проектирования и описы-
вающий процесс управления, изображен на рис. 6.6. Перечень
технологически необходимых командных аппаратов, конечных
выключателей, исполнительных устройств и средств индикации
приведен в пояснении к рис. 6.5. Операционный блок проекти-
руемого управляющего устройства реализуется в форме авто-
мата Мура, и к нему подключается в виде отдельного эле-
мента реле времени, необходимое для задания времени ожи-
дания TW. Практически постоянно необходимые элементы для
согласования уровней на входе и выходе системы формиро-
вания сигналов, фильтрации и при необходимости разделения
потенциалов, а также и другие детали, например аварийный
выключатель, «обнуление» памяти при включении управляю-
щего устройства, остаются сначала неучтенными, пока они не
реализуют логических функций. Таким образом, для проекти-
348

Рис. 6.22. Блочная структура проек-
тируемой системы управления
А — выходная логика; Е — логика пере-
ключений; S — блок памяти; TW — время
ожидания; а, е, г, и, v, о» — см. рис. 6.1
Рис. 6.23. Автоматный граф к рнс. 6.6
руемой системы управления получается блочная структура,
представленная на рис. 6.22.
Соответственно рис. 6.21, шаг 5.1, в начале проектирования
сначала следует произвести кодирование исходных состояний
управляющего устройства. Иначе говоря, в графе последова-
тельного выполнения программы (см. рис. 6.6) состояниям
АО—А7 следует поставить в соответствие двоичные элементы
памяти и отдельные состояния обозначить в соответствии
с распределением памяти. В принципе при этом возможно вы-
деление для каждого состояния одного элемента памяти (ко-
дирование по принципу «1 из к»). Это приводит к очень на-
глядной структуре схем, которая, однако, требует большого
объема памяти. В данном случае, например, потребовалось бы
восемь двоичных элементов памяти. Напротив, на основе дво-
ичного кодирования при общем числе состояний 2V необходимо
иметь только
n=[ldtf]	(6.13)
элементов, т. е. в данном случае только n=[ld8] = 3 элемента
памяти. В дальнейшем они обозначаются как Do, £>i, D2.
С целью снижения затрат на проектирование (объем функций
установки и сброса для памяти) и экономии на элементах уп-
равляющей логики запоминающих устройств следует по воз-
можности применять такой двоичный код, который имеет ми-
нимальное число изменяемых двоичных разрядов при переходе
от одного кодового слова к другому. Как известно, этому тре-
бованию наилучшим образом удовлетворяет код Грея. Он
349

Таблица 6.6. Кодирование исходных состояний управлиющего устройства
Исходное со- стояние уп- равляющего устройства	Состояние исполнительных устройств и устройств индикации									Распределение памяти		
	Q/	Q2	Q3	У/	У2	ТУУ	HV	HR	НВ	<?2	<71	<1о
АО	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
Al	1	0	0	1	0	0	1	0	0	0	0	1
А2	1	0	1	0	1	0	1	0	1	0	1	1
АЗ	0	0	1	0	0	1	0	0	1	0	1	0
А4	0	1	1	1	0	0	0	1	1	1	1	0
А5	0	1	0	1	0	0	0	1	0	1	1	1
А6	0	1	0	0	1	0	0	1	0	1	0	1
А7	1	0	0	0	1	0	1	0	0	1	0	0
используется и в данном примере. При этом целесообразно со-
стояние покоя АО обозначить кодовым словом q= (0, 0, 0)
(табл. 6.6).
На следующем этапе проектирования (рис. 6.21, шаг 5.2)
исходя из графа, изображенного на рис. 6.6, а, вычерчивается
автоматный граф (рис. 6.23). В его узлах записываются обо-
значения исходных состояний и соответствующие им коды, оп-
ределенные по табл. 6.6. Данная комбинация двоичных разря-
дов соответствует значениям переменных запоминающего
устройства, как указано в узле А5. На ветвях графа указаны
весовые функции htj. Там же отмечается, какой элемент па-
мяти Di при переходе из одного состояния в другое устанав-
ливается [S(О,)] или сбрасывается [Я(Dj)].
Для весовых функций ветвей Иц, необходимых для состав-
ления условий установки и сброса, из рис. 6.6, а следуют вы-
ражения:
hM = SW-S2-SDSA;	(6.14)
/г0,в = SW-S1? + SW-S2-SR — (SW A-S2)-SR-,	(6.15)
/i017 = (S¥ + SIV  S2)  SR  S V = (S¥ + S2) • 8Д • SV; (6.16)
ftli2 = S3; ft2i3 = S4; /г314 = TW\	(6.17; 6.18; 6.19)
/i4,5 = S3-, hM1 = S2-,	(6.20; 6.21)
he,0^(SR + SR-S2) = (SR + S2)-,	(6.22)
h7,0 = (SV + SV-S5) = (SV + S5),	(6.23)
а для весовых функций hu собственных контуров (петель)
имеем	___ _____ __
he,o = S1V • S2 • (S7 + S/ • SA) = (S/ + S А) • S1V • S2-	(6.24)
/г1Л= S3; h2ii=S4-, h^,s= TW‘, (6.25; 6.26; 6.27)
/г414 = S3-,_hM= S2; _	(6.28; 6.29)
hM = SR-S2; h7,7 = SV-S5-	(6.30; 6.31)
350

Весовые функции ha собственных контуров [выражения
(6.24) — (6.31)] должны быть определены только в том слу-
чае, если намереваются проверить автоматный граф на пол-
ноту и непротиворечивость. Для дальнейшего проектирования
они не используются, потому что не несут информации о функ-
циях установки и сброса элементов памяти.
Проверка осуществляется для каждого состояния отдельно
на основе следующих критериев.
Полнота: дизъюнкция весовых функций всех ветвей, исхо-
дящих из узла, должна давать 1.
Непротиворечивость: попарная конъюнкция весовых функ-
ций всех ветвей, исходящих из узла, должна давать 0.
Пример. Рис. 6.23, состояние Ав: при применении выраже-
ний (6.22) и (6.30) и известных в булевой алгебре правил ми-
нимизации получается:
при проверке на полноту
Л„,о + Л6,6 =	+ S2 + SR  S2 = SR + SR + S2 = 1 + S2 = 1;
при проверке на непротиворечивость
/г6>0 • А6,6 = (SR + S2)-SR-S2= (SR -SR)-S2+(S2- S2) -SR = 0.
При тщательном определении весовых функций ветвей
можно отказаться от этой в большинстве случаев очень тру-
доемкой проверки.
После того как автоматный граф составлен (рис. 6.23), на
его основе определяют функции установки и сброса для па-
мяти управляющего устройства (рис. 6.21, шаг 5.3). В каче-
стве элементов памяти можно применять двухступенчатые
триггеры или триггеры, управляемые фронтом. В данном слу-
чае использованы двухступенчатые /К-триггеры. Благодаря
этому можно определить указанные функции для /ц и k^, где
L и обозначают сигналы установки и сброса для ц-го
/Х-триггера, на выходе которого появляется сигнал q^. Ком-
бинации сигналов /у, =&ц = 1, т. е. работа элементов памяти
в качестве двоичного делителя частоты, при этом заранее
исключаются.
Конкретно функция установки /и для элемента памяти Ом
получается из логической суммы всех членов, которые содер-
жат в качестве логических сомножителей весовую функцию,
значение 1 которой вызывает установку элемента памяти D^,
и кодовое слово состояния, из которого исходит соответствую-
щая ветвь. С учетом этого из рис. 6.23 следует
/о = <MJiqo• hOil -j-	 ^4,5 +	"ho,в',
h—h\,<i\
h = <?2<7i(7o • h3ti + qtfpqo • ha,e + qsQiqo • h0,i,
351

или, используя соотношения (6.14) — (6.17), (6.19) и (6.20),
получим
/о = 92919о' SIV  S2  S1  SA -j-	- S34- q^qiqo^SW 4- S2) • SR;
h= Wi9o‘S3;
/2= <72^i7o  T’lF 4~ ЯчТМп (SIF -j- S2)- SR 4-
4- Я2Я1Я0 (SW 4- S2)  SR  SV.
После упрощений, проведенных интуитивно или, например,
по методу Карно, будем иметь
/0 = [SIV-S2-S1-SA + (SW4- S2) SR]4-qtfhqo- S3; (6.32)
ii~ qsqiqo' S3;	(6.33)
Ja = q^qiqo (SIV 4- S2) (SR 4- SV) 4~ Я?Я1Яо • TW.	(6.34)
Аналогично функция сброса для элемента памяти
получается как логическая сумма всех членов, в которых со-
держатся в виде логических сомножителей весовая функция
ветви, вызывающая при значении 1 сброс элемента D^, и ко-
довое слово состояния, из которого исходит соответствующая
ветвь. Таким образом, из рис. 6.23 следует
^о= 72<717о ’ ^2,з + 72919о • ^5.0+
ki — qsffiqo- h6,0;
= 92<7i<7o • h5,o 4~ <72?i<7o  hg.o 4- q^qiqo • h?i0.
Используя выражения (6.18), (6.21) — (6.23), отсюда по-
лучим
k0 = Я^ЯгЯо'S4 + q^q,,- S2 + q^qiq0(SRS2);	(6.35)
£1 = <7г<Ыо-S2;	(6.36)
^2 — ЯгЯгЯо  S2 4-	(SR 4~ S2) 4- q-fliqo (S V 4- S5) •
(6.37)
На следующем рабочем шаге (рис. 6.21, шаг 5.4) определя-
ются выходные функции. Исходя из данных табл. 6.6, имеем
Q/ = А / 4- А2 4- А7 = 92^190 4~ 42^1^0 4-(6.38)
Q2 A4-I- А5А6 = q^qo 4- QvQiqo 4- ЯгЯ^Яо,	(6.39)
Q3 = А2 4- АЗ 4- А4 = q^qiq^ 4~ Я^ЯхЯо 4"	(6.40)
V/ = А14- А4 4- А5 = q^iq^ 4- q^hqo 4- 9г717о;	(6-41)
Y2= А2 4- А6 4- А7 = q^qo + <7г<71<7о + q^Riq»’	(6.42)
352

TW=АЗ=ы1Чо; HV = Q1;	(6.43; 6.44)
HR = Q2\ HB = Q3.	(6.45; 6.46)
Необходимость минимизации выражений (6.38) — (6.42)
зависит от того, какие элементы используются для построе-
ния логики вывода. Так, например, при использовании деши-
фратора-демультиплексора «3 линии на 8» от минимизации
можно отказаться.
Вообще все изменения функций установки, сброса и вывода
следует рассматривать с учетом ассортимента используемых
элементов.
SW
II
-|>8
А0-
А4-’
8<
II
SB II
St II
6 II
_£2 П
S3
S5
А2-
А5-
А6- &
А6-
AQ-
А5-
А6-
8с
м-
--- &
А5-
А 6-
АС-
---4»
Истрой-, "11111111	——
ства	„
ввода ]|. Логика переключении
Входное устройство
сопряжения
&J ТТ -I
г С
Во
*2
»о
ТТ
СТ
Тактовый
сигнал
СП
%
М
Ю
Я
QI HV
Q2 НВ
Q3 НВ
Y2
ИЯ
[Исполнитель-
'.ные устрой-
Блок	\\ства ц зле-
памяти I Логика вывода
«----—-----------—-—----------| каи, и и
1	Выходное устройство
сопряжения

&
1
-< &
&
/
8
&
8
1
1
&
&
&
/
8
1

8
Л

Л
3
£
К



3
7
к
д2

Рис. 6.24. Логическая схема устройства управления сверлильным станком
12 Заказ № 1446	353

На основе выражений (6.32) — (6.46) можно теперь раз-
работать техническую структуру управляющего устройства,
используя реальную элементную базу (см. рис. 6.21, шаг 5.5).
На рис. 6.24 показана соответствующая схема, построенная на
основе логических элементов И, ИЛИ и НЕ, а также преобра-
зователя кода для логики переключений и вывода. Если для
реализации схемы используются другие элементарные логине-"
ские схемы, то выражения (6.32) — (6.46) должны быть пред-
варительно соответствующим образом преобразованы. Напри-
мер, для логики переключений можно было бы использовать
программируемые логические матрицы, а для логики вывода —
программируемую постоянную память.
Полученная схема в ходе последующего проектирования
дополняется блоками сопряжения, питания и другими элемен-
тами, оговариваемыми в перечне дополнительных условий,
после чего с помощью пробного теста или лабораторного об-
разца лроверяются ее работоспособность и надежность, а также
приемлемость в отношении аппаратных затрат (рис. 6.21,
шаг 5.5). Если эта проверка дает неудовлетворительные ре-
зультаты, то следует произвести соответствующую корректи-
ровку (рис. 6.21, шаг 5.7), изменяя число элементов памяти и
кодирование состояний. При удовлетворительном результате
проектирования схема прорабатывается в плане конструкции
и технологии, дополняется или составляется документация для
изготовления, испытания, наладки и технического обслужива-
ния (рис. 6.21, шаг 5.8). Заключительным этапом являются
изготовление и наладка системы • управления (рис. 6.21,
шаг 5.9).
Если управляющее устройство кроме логических функций
должно реализовать функции счета и вычислительные функ-
цйи, то это не является основанием для отказа от применения
данного метода проектирования. Соответствующие счетчики и
вычислительные устройства, например сумматоры или блоки
вычитания, рассматриваются при этом, так же как в приве-
денном выше примере устройство замедления для реализации
времени ожидания TW (см. рис. 6.22), как автономные блоки
операционного устройства.
Рассмотренный метод дает возможность относительно
быстро выполнить проектирование логики электронных управ-
ляющих устройств на основе системного подхода. Принцип ми-
нимизации затрат при этом не является главным. Если, од-
нако, это требование становится преобладающим, например
в управляющих устройствах для серийных машин, выпускае-
мых в больших количествах, тогда можно рекомендовать мо-
дифицированный метод проектирования на основе таблицы
автомата [6.25].
Проектирование по методу распределения. Этот метод осо-
бенно подходит для проектирования устройств программного
управления. Если предположить, что управляющее устройство
354

Рис. 6.25. Структурный элемент двоичного устройства программного управ-
ления с цепочкой ступеней памяти
создается из показанных на рис. 6.25 структурных элементов,
го можно формально, т. е. очень быстро и просто, разработать
структуру управления [6.9, 6.10, 6.26, 6.27]. Метод разработки
представлен в общих чертах на рис. 6.26. По сравнению с ме-
тодом проектирования, описанным выше, он дает больше сво-
боды для интуитивного решения вопросов, касающихся неко-
торых схемотехнических деталей, что позволяет использовать
практический опыт проектировщика и хорошо зарекомендовав-
шие себя решения.
Исходной базой для проектирования являются модель про-
цесса, составленная с помощью графа последовательного вы-
полнения программы, блок-схемы программы или схемы ра-
боты, перечень датчиков и исполнительных устройств, а также
перечень дополнительных условий, содержащий требования,
необходимые для обеспечения надежности блокировки испол-
нительных устройств, и другие требования, которым должно
удовлетворять управляющее устройство (см. рис. 6.2). На этой
12»
355

нительным устройствам, если
Рис. 6.26. Шаги проектирования
по методу распределения (уточ-
нение подпрограммы 5 на рис.
6.2)
основе каждому шагу про-
цесса, при котором приво-
дится в действие одно или
несколько исполнительных
устройств, формально ста-
вится в соответствие одна
двоичная ступень памяти и
согласно рис. 6.25 состав-
ляется цепочка ступеней
памяти (рис. 6.26, шаг 5.1).
После этого проектируется
логика управления для
ступеней памяти (рис. 6.26,
шаг 5.2). Она должна со-
ответствовать логическим
условиям, выполнение ко-
торых каждый раз ведет
к осуществлению одного
шага процесса и, таким об-
разом, к установке одной
ступени памяти. В заклю-
чение вчерне проектиру-
ется схема вывода (рис.
6.26, шаг 5.3), т. е. испол-
необходимо, в зависимости от.
того, должны они оставаться включенными на протяжении не-
скольких шагов процесса или нет, и от того, имеют или не
имеют они собственную память, ставится в соответствие уст-
ройство памяти команд и согласно схеме блокировки изобра-
жаются защитные блокировки между исполнительными уст-
ройствами. Затем прорабатываются ^схемотехнические вопросы
ручного управления исполнительными устройствами и другие
требования, касающиеся индикации, управления и обслужи-
вания.
На следующем рабочем шаге (рис. 6.26, шаг 5.4) предпри-
нимается попытка упрощения схемы (сокращение числа ступе-
ней памяти, при необходимости минимизация числа логических
элементов), и, наконец, полученная таким образом струк-
турная схема вместе с моделью процесса проверяется в отно-
шении правильности функционирования, оцениваются предпо-
лагаемые затраты и при необходимости осуществляется
соответствующая корректировка (рис. 6.26, шаги 5.5 и 5.6).
Полученная в результате электрическая схема на последую-
щих этапах проходит стадию технологической проработки
(рис. 6.26, шаг 5.7), т. е. на ее основе составляется техниче-
356

। Уровень ввода	Уровень ступеней памяти ।
	
-4-J	
6	
Чз	
Уровень вывода
Исполнитель-
ный уровень
-гАвгтштичесг pf
1 кий
Рис. 6.27. Логическая схема к рис. 6.11 [6.10]
ская документация для монтажа, наладки, техобслуживания
и ремонта системы управления. Затем система монтируется на
месте и вводится в эксплуатацию (рис. 6.26, шаг 5.8).
На рис. 6.27 дана логическая схема [6.10], разработанная
изложенным выше методом на основе приведенной на рис. 6.11
блок-схемы работы транспортировочного устройства (см.
357

рис, 6.9). Число элементов памяти было определено исходя из
числа команд 1/1, 1/2, 1/3, 1/4 и 1/6, а при проектировании
уровня ввода данных были использованы условия, записанные
внутри символов разветвления блок-схемы программы. По-
скольку исполнительные устройства включены каждый раз
только в течение времени выполнения шага, специальная па-
мять для команд на уровне вывода становится излишней.
В данной схеме возможны следующие режимы работы:
ручной, полуавтоматический и автоматический. Режимы уста-
навливаются с помощью переключателя SW1. Другой пере-
ключатель SW2 служит для выбора программ pl, р2 и рЗ.
С помощью кнопки SA можно включить автоматический ре-
жим работы или при полуавтоматическом режиме обеспечить
последовательное выполнение шагов программы pl. При руч- •
ном режиме работы с помощью кнопочного выключателя SH
можно произвольно включать и выключать отдельные испол-
нительные устройства. Элементы индикации HS позволяют
контролировать работу цепочки ступеней памяти, а элементы
НВ — выдачу команд, они могут также использоваться при
ремонтных работах. Для обеспечения надежности сигнал сра-
батывания на каждом шаге в инвертированном виде исполь-
зуется для запирания каждого предыдущего элемента блоки-
ровки. С помощью общей блокировки выдачу команд на ,
исполнительные устройства можно в принципе вообще забло-
кировать. Такого рода необходимость возникает, например,
если во время наладки или ремонтных работ нужно проверить
работоспособность цепочки памяти.
Хотя затраты на спроектированные по методу распред еле-
ния управляющие устройства не являются минимальными, по|^И
своей структуре эти устройства хорошо обозримы и поэтому|^И|
очень удобны при наладке, обслуживании и ремонте. Тем са-|^Н
мым этот недостаток во многих случаях компенсируется, осо-^И|
бенно при штучном производстве, когда такие факторы, какИИ
короткий срок проектирования и низкие затраты на него, зна-
чительно влияют на затраты в целом. На рис. 6.37 дана струк- **
тура затрат на электронные управляющие устройства, спроек-
тированные различными методами.
Разработанный черновой вариант проекта управляющего
устройства можно легко дополнить такими функциями, как
выдержка времени, счет и вычисления. Соответствующие уст-
ройства задержки, счетчики и вычислительные устройства рас-
сматриваются как автономные блоки, их работа инициируется •”
сигналами с уровня вывода, а их выходные сигналы или сиг-
налы состояния подаются на уровень ввода.
Проектирование управляющих устройств с матричным программирова-
нием. Тенденция дальнейшего повышения эффективности разработки и об-
служивания промышленных управляющих устройств привела к переходу от
структур иа основе отдельных элементов или блоков с низкой функциональ-
ной организацией и соответственно высокими затратами на специфический
358

359

360

Рис. 6.30. Рабочие шаги, выполняе-
мые при проектировании и програм-
мировании управляющих устройств
с матричным программированием
(уточненная структура подпрограм-
мы 5 на рис. 6.2)
электрический монтаж к устройствам
с тщательно проработанной функ-
циональной структурой. К ним
относятся, например, управляющие
устройства иа элементах с матрич-
ной структурой. В этих устройствах
реализация тех связей, которые обу-
словлены спецификой решаемой за-
дачи, осуществляется путем выпол-
нения матричных логических соеди-
нений [6.28—6.33]. На рис. 6.28 изо-
бражена принципиальная схема та-
кого управляющего устройства для
реализации программного управле-
ния. Ее основу составляет цепочка
ступеней памяти Dt—D5, которые
последовательно устанавливаются от
сигналов конечных выключателей S1,
S2, S3 объекта управления в соот-
ветствии с логическими связями во
входной матрице. Подаваемые на
управляющее устройство сигналы
датчиков могут быть связаны во
входной матрице операцией логиче-
ского умножения и многократно ис-
пользованы. Ступени памяти D, управляют в зависимости от того, как за-
программирована выходная матрица, одним или несколькими выходными
устройствами. Кроме того, возможно управление каждым выходным элемен-
том со стороны одной или нескольких ступеней памяти.
Для реализации времени ожидания TW (между шагами процесса) име-
ется программируемое устройство задержки—настраиваемый счетчик. Тре-
буемые значения времени ожидания задаются в программируемой матрице,
управляются от тактовых сигналов цепочки ступеней памяти,, а соответст-
вующие временные сигналы используются во входной матрице.
Изображенные на рис. 6.28 матричные связи обеспечивают представлен-
ный на рис. 6.29, б процесс, протекающий в технологической установке
(рис. 6.29, а), в которой вагонетка W с помощью двух лебедок W1 и W2
перемещает некоторый сыпучий материал из бункера В1 в бункер В2.
Управляющее устройство на рис. 6.28 допускает два режима работы —
пошаговый и автбматический. Требуемый режим устанавливается с помощью
кнопок SE или 5Д. При пошаговом режиме работы цепочка ступеней памяти
проходится шаг за шагом посредством нажатий кнопки ST. Подведенные че-
рез входную матрицу сигналы при этом не влияют на работу устройства.
В зависимости от записи в памяти стартовых сигналов DS выдача сигналов
на исполнительные устройства разрешается (в памяти записана команда
пуска) или запрещается (в памяти записана команда прерывания). Этот ре-
жим работы необходим, в частности, при наладочных работах и техническом
обслуживании. В автоматическом режиме после нажатия на кнопку пуска
SS процесс управления протекает автоматически. При нажатии на кнопку
останова SH последовательная работа цепочки памяти прекращается и вы-
ходные сигналы блокируются. Индикация состояния цепочки памяти и вы-
ходных элементов осуществляется с помощью светодиодов.
Практически выполненные управляющие устройства с матричным про-,
граммированием имеют до 48 входов и 20 выходов и допускают до 46 и
361

более программных шагов при последовательном соединении нескольких уст-
ройств. Матрицы выполняются в виде печатных плат. Программирование
осуществляется с помощью пайки, винтовых или штеккерных соединений
диодных элементов [6.29—6.33].
Проектирование и программирование управляющих устройств с матрич-
ным программированием ие требуют углубленных знаний в области элек-
троники. Вначале (рис. 6.30, шаг 5.1) на основе перечня исполнительных уст-
ройств и датчиков, а также исходя из числа шагов процесса и прочих
требований определяется конкретный вариант исполнения управляющего
устройства. Затем (рис. 6.30, шаг 5.2) в модели протекания процесса зада-
ется соответствие конечных выключателей и исполнительных устройств вхо-
дам и выходам управляющего устройства (см. рис. 6.29,6) и на следую-
щем шаге (рис. 6.30, шаг 5.3) осуществляется программирование матрицы.
Для этого берется формуляр (см. рис. 6.29, в), выполненный тем же спосо-
бом, как и матричные поля управляющего устройства (см. рис. 6.28), и на
нем штрихами отмечаются места, в которые должны вставляться диодные
штеккеры. После установки диодных штеккеров производится проверка
функционирования устройства и при необходимости вносятся соответствую-
щие исправления, после чего осуществляются монтаж и наладка (рис. 6.30,
шаги 5.4—5.7).
6.3.3. Системы с программным управлением от ЗУ. Особен-
ности. В технике управления актуальными являются требова-
ния повышения эффективности процесса проектирования,
повышения готовности управляющих устройств к работе, увели-
чения их надежности и помехоустойчивости, уменьшения рас-
хода материалов, энергопотребления и затрат на монтажные
работы, сокращения выполняемой вручную технической доку-
ментации, а также необходимость рационализации процессов
технического контроля, наладки и обслуживания, в частности
путем ограничения разнообразия типов устройств. Все это
привело в ходе технического развития к созданию систем уп-
равления и контроля с программой, хранящейся в памяти. Их
основные свойства пояснены в п. 6.3.1, а их особенности по
сравнению с жестко программируемыми системами даны
в табл. 6.4 и на рис. 6.18 и 6.20. Эти системы позволяют ре-
шать указанные на рис. 6.19 задачи обработки данных и по-
этому используются преимущественно на более высоких уров- '
нях иерархии процесса автоматизации (см. рис. 6.3). Однако
отчетливо прослеживается тенденция все более частого их
применения в форме микро- и мини-ЭВМ также и на нижних
уровнях автоматизации.
Благодаря тому что основу систем с программным управ-
лением от ЗУ составляют проблемно-независимые технические
средства, выполняющие заданные функции путем интерпрета-
ции программы, соответствующей конкретной задаче управле-
ния, процесс проектирования в принципе можно разделить на
два параллельно выполняемых этапа. Содержанием первого
этапа является разработка аппаратной структуры управляю-
щего устройства на базе имеющегося ассортимента устройств
(блоки обработки данных, память, устройства ввода-вывода и ।
другие периферийные устройства); кроме того, подготовляются I
его монтаж и кабельное соединение с датчиками и исполни- I

362

тельными устройствами. На втором Этапе осуществляются раз-
работка и проверка программы с широким использованием
средств программирования и математического обеспечения.
Типичными представителями систем с программным уп-
равлением от ЗУ являются программируемые управляющие
устройства (программируемые контроллеры) и управляющие
вычислительные машины.
Программируемые управляющие устройства [6.34—6.47].
Общая структура и принцип действия. Для пояснения разли-
чия устройств на рис. 6.31 вместе с двумя простыми жестко
запрограммированными структурами (рис. 6.31, а, б) приве-
дена упрощенная схема программируемого управляющего уст-
ройства (рис. 6.31, в). Основными элементами структуры по-
следнего являются входные и выходные устройства с соответ-
ствующими преобразователями ЕК (рис. 6.32, а, б) и АК
(рис. 6.32, в, г) для фильтрации сигналов, разделения потен-
циалов, согласования уровней и запоминания выходных сиг-
налов, а также с блоками памяти ES и AS для запоминания
промежуточных двоичных входных и выходных данных, цен-
тральный процессор, имеющий в простейшем случае одно од-
норазрядное арифметическое устройство для выполнения ло-
гических операций И и ИЛИ над двумя двоичными перемен-
ными и один одноразрядный аккумулятор, и, наконец, память
программ для записи программы, представляющей собой спе-
циальную управляющую функцию. Центральный процессор
реализуется при современном уровне развития техники на ос-
нове элементов с высокой степенью интеграции (специальные
управляющие элементы, микропроцессоры, однокристальные
микро-ЭВМ). Память программ представляет собой либо про-
граммируемую постоянную память (в частности, перепрограм-
мируемое ПЗУ), либо оперативную память с защитой от вы-
ключения питания (например, с питанием от батареи). Вза-
имодействие вышеназванных блоков координируется специаль-
ным устройством управления.
На рис. 6.31, а, б, в во всех трех случаях реализуются ло-
гические функции:
Q/: =iQl + Sl) S2-K1;	(6.47)
Q2: = S3-Q7; Н : =S4-Q2.	(6.48; 6.49)
Однако в то время как на схемах а и б выходные величины
QI, Q2, Н получаются путем параллельного выполнения опе-
раций над входными величинами, в программируемом управ-
ляющем устройстве (рис. 6.31, в) они образуются последова-
тельно при циклично протекающем процессе. Каждый цикл
требует времени tz и включает в себя следующие три фазы
(рис. 6.31, г):
1-я фаза: прием и накопление фактических двоичных вход-
ных данных с адресами 00, 01, ..., пг во входном запоминаю-
щем устройстве ES;
363

Рис. 6.31. Схемы для реализации функций (6.47) — (6.49): а, б — с жестким
программированием; в — с программируемой памятью; г — трехфазный так-
товый цикл программного управляющего устройства
ES, AS — блоки памяти для двоичных входных н выходных переменных;. EK, АК —
входные н выходные преобразователи (см. также рис. 6.32); tn< + i—дискретные
моменты времени
364

Рис. 6.32. Примеры электромеханических и электронных схём для форми-
рования сигналов, разделения потенциалов, согласования уровней и проме-
жуточного запоминания данных: а, б — для двоичных входных сигналов ее,
в, г — для двоичных выходных сигналов at
VBA — рабочее напряжение выходных цепей; llgj? — рабочее напряжение входных
цепей; напряжение питания внутренних логических схем управляющего устройства;
EK, ES, AS, АК — см. рис. 6.31
2-я фаза: последовательная обработка этих данных в цен-
тральном процессоре в соответствии с заложенной в памяти
программ последовательностью команд и помещение резуль-
татов логических операций в ячейки выходной памяти AS с ад-
ресами 00, 01,...,п\
3-я фаза: перемещение полученных данных из выходной
памяти AS в регистровую память выходных преобразователей
(P-триггеры на рис. 6.32, в, г) и, наконец, их вывод на испол-
нительные устройства и элементы индикации данной системы
управления.
Таким образом, в зависимости от продолжительности цикла
в программируемом управляющем устройстве для выходных
365

б)
Разряды 1 2 3 ••• fO
а) [О 0 f f \0 Т О 1 1 0\
Z.A	Qt
Опера- ционная часть	Адресная часть
Рис. 6.33. Командное слово программируе-
мого управляющего устройства: а — в ма-
шинном коде; б — при использовании ма-
шинно-ориентированного языка програм-
мирования
переменных а0, at..... ап получается каждый раз новое рас-
пределение значений:
a(n+l) = [a0(n+1), ах(п+1), . . . , ап(п+1)]Г-
В общем случае эти значения получаются из фактических
на момент времени tn значений входных и выходных величин
e(n) =[e0(n), £?i(n), ..., ет(п)]т и a(n)=[a0(n), щ(п), ...,
ап(п)]т, т. е. можно записать
a (n-h l) = f [е(п), а(п)]	(6.50)
или, используя известный из вычислительной техники знак ч
присвоения,
а: = f[е, а].	(6.51)
Свойства этой функции зависят только от последователь-
ности команд в памяти программ.	j
На рис. 6.33 дана принципиальная структура командного!
слова. Оно имеет операционную и адресную части. -Адресная!
часть содержит представленный в двоичном коде адрес дан-®
ных, заложенных во входную или выходную память (ES или
AS), а операционная часть — также закодированную в двоич-
ной форме, подлежащую исполнению команду, которая указы-
вает, что должно произойти с адресуемой двоичной информа-
цией. При программировании, однако, для записи командных
слов по понятным причинам используется не машинный код
(рис. 6.33, а), а более целесообразные краткие мнемонические
обозначения для команд, а вместо адресов — краткие обозна-
чения адресуемой информации (рис. 6.33, б). Далее для пред-
ставленного на рис. 6.31, в управляющего устройства исполь-
зуется набор команд, приведенный в табл. 6.7, а для адресов —
краткие обозначения датчиков и исполнительных устройств.
В соответствии со сказанным командное слово LA Q1, стоящее
в первой позиции в памяти программ, означает, что в аккуму-
лятор следует поместить фактическое значение двоичной вы-
ходной переменной Q1.
Проектирование и программирование. При проектировании,
программируемого управляющего устройства сначала
(рис. 6.34, шаг 5.1) на основе известного числа двоичных дат-1
чиков и исполнительных устройств, технологически необходи-1
мых в объекте управления, определяется конкретная модифи-1
кация управляющего устройства, т. е. устанавливается необ-|
366

Таблица 6.7. Перечень команд программируемого
управляющего устройства
Вид команды	Крат- кое обозна- чение	Содержание команды	
Команды передачи	LE LEC LA LAC ТА	Загрузка входной переменной (истинное значение) Загрузка входной переменной (дополнение) Загрузка выходной перемен- ной (истинное значение) Загрузка выходной переменной (дополнение) Передача содержимого аккумуля ЗУ	в аккуму- лятор тора в выходное
Логические команды	UE UEC UA UAC	Логическое умножение входной переменной (истинное значение) Логическое умножение входной переменной (дополнение) Логическое умножение выход- ной переменной (истинное зна- чение) Логическое умножение выходной переменной (дополнение)	на содержи- мое аккуму- лятора
•	ОЕ ОЕС ОА ОАС	Логическое сложение входной переменной (истинное значение) Логическое сложение входной переменной (дополнение) Логическое сложение выходной переменной (истинное значение) Логическое сложение выходной переменной (дополнение)	с содержи- мым акку- мулятора
Вспомогательная команда	Н	Конец программы	*
ходимое число и тип входных, выходных и специальных бло-
ков, устройств питания и других компонентов. Далее оценива-
ется необходимый объем памяти программ и проверяется, не
приводит ли время цикла tz к нарушению процесса управле-
ния. После этого приобретаются необходимые блоки, которые
конструктивно размещаются в общей системе, а также подго-
товляются и осуществляются монтаж и кабельное соединение
системы управления с датчиками, исполнительными устройст-
вами и элементами индикации (рис. 6.34, шаги 5.4 и 5.5). Па-
раллельно с этим описывается задача управления — интуи-
тивно или на основе системного подхода с помощью релейно-
контактной схемы (рис. 6.31, а), логической схемы (рис. 6.31, б)
нли с помощью системы булевых уравнений (6.47) — (6.49),
затем исходя из этого подготовляется программа (рис. 6.34,
367

Рис. 6.34. Алгоритм проектирования, программирования и отладки програм-
мируемых управляющих устройств (уточнение подпрограммы 5 на рис. 6.2)
шаги 5.2 и 5.3). При этом вначале путем так называемого
распределения адресов устанавливается определенное соответ-
ствие между входными и выходными величинами и внутрен-
ними адресами управляющего устройства (рис. 6.35). В за-
ключение с использованием составленного для данного управ-
ляющего устройства перечня команд (табл. 6.7), на основе
обычных правил программирования записывается исходная
программа. Функциональное содержание уравнений (6.47) —
(6.49) представлено на рис. 6.36. По нему можно без каких-
либо пояснений понять правила программирования.
На основе исходной программы и распределения адресов
с помощью специального программирующего устройства [6.47]
производится (причем непосредственно перед наладкой системы
управления) загрузка памяти программ и опробование работы
всего устройства (рис. 6.34, шаги 5.6 и 5.7). Необходимые из-
менения функций можно осуществить быстро и относительно
просто с помощью названного программирующего устройства.
Эти изменения конкретно означают стирание строчек в памяти
программ и добавление новых строчек или блоков. Как только
система управления начинает работать безупречно, в техниче- Я
368

hdpeca	Адресуемые Входные переменные	Примечания
00	01	Кнопка пуска
01	82	Конечный выключатель?
02	К1	JennoBoe реле 1
03	S3	Конечный Выключатель 3
ОА	ЗА	Конечный Выключатель 4
•	•	•
777		
г Адреса	Адресуемые выходные переменные	Примечания
00	Q1 .	Защита 1 двигателя
01	Q2	Защита? двигателя
02	Н	Индикация SA Q2
03		
04		
•		
п		
Рис. 6.35. Распределение адресов: а — для входных переменных; б — для
выходных переменных
скую документацию вносятся все необходимые, изменения,
обеспечивающие ее полное соответствие спроектированному
управляющему устройству (рис. 6.34, шаг 6).
При использовании этого относительно простого вида про-
граммирования затраты на проектирование по сравнению
с жестко программируемыми системами ниже. Кроме того, по-
скольку отпадают работы по электрическому монтажу, рас-
ходы на комплектацию также снижаются. Благодаря этому
при сопоставимых задачах управления, несмотря на более вы-
сокие затраты на технические средства, здесь в определенных
границах (см. рис. 6.18) получаются более благоприятные со-
отношения затрат (см. рис. 6.20, 6.37). Наладка и обслужива-
ние также проще, чем в жестко запрограммированных систе-
мах, поскольку имеется встроенное контрольно-тестовое обо-
рудование.
369

	Команда	Адресуемая переменная		Уравнение
1	LA	0Г		
2	DE	S1		
3	UEC	82		(6АТ)
4	UEC	К1		
5	ТА	01		
6	LE	S3'		
7	ОАО	at		(6А8)
8	ТА	Q2		
9	ЕЕ	54]		
10	UA	Q2		(6А9)
11	ТА	Н J		
Рис. 6.36. Листинг исходной про-
граммы
Техническое состояние
и тенденции развития. Ос-
новные технические пара-
метры программируемых
систем управления лежат
в пределах, указанных
в табл. 6.8. Значения, наи-
более распространенные
в международной практике
[6.39, 6.41], приведены там
же в колонке «Типичные
значения». Основной вариант этого принципа управления ха- /
рактеризуется циклической одноразрядной обработкой дан-
ных в центральном процессоре, который реализует в основном
логические операции И и ИЛИ. Временные, счетные и сдвиго-
вые функции реализуются с помощью дополнительных функ-
циональных блоков, которые по принципу, показанному на
рис. 6.31, в штриховыми линиями, подключены к управляю-
щему устройству. Счетные и сдвиговые функции можно реа-
лизовать также с помощью программных устройств, однако
это требует относительно большего объема памяти. Техника
программирования проста, и ею, как правило, можно овладеть
без знания вычислительных машин. В более сложных управ- 
ляющих устройствах предпочтение, однако, отдается базирую-
щимся на использовании вычислительной машины методам
100
Наладка
Монтаж
100%
91%
Контакторные
устройства
Технические
средства
Жестко запрограмми-
ныеустройства
Проектирование
(программирование
а испытание)
рованные электрон - Программируемые
ные устройства	устройства
90
80
70
60'
50
40
30
20
10
->0

Рис. 6.37. Структура затрат для промышленных управляющих устройств
[6.40]
370

Таблица 6.8. Области значений и типичные значения
основных параметров в программируемых
управляющих устройствах
Основные параметры	Области значений	Типичные значения
Число ДВОИЧНЫХ ВХОДОВ и выходов	4—4096	512
Объем программной памяти	0,5—128 К слов	8 К слов
Время цикла tz (при объеме памяти 1 К слов)	1—20 мс	10 мс
Система команд	8—40 команд	20 команд
Длина слова	8—18 разрядов	16 разрядов
разработки, подготовки и ассемблирования программ с при-
менением математического обеспечения, подготовленного для
этой цели разработчиком управляющего устройства. Сущест-
вуют два пути решения вычислительных задач и задач обра-
ботки данных:
использование микро-ЭВМ в качестве дополнительного
блока, который через общую рабочую память связан с цен-
тральным процессором программируемого управляющего уст-
ройства [6.43];
использование в центральном процессоре одноразрядного
процессора и процессора, выполняющего операции над сло-
вами; этот подход удовлетворяет самым высоким требованиям
и позволяет решать комплексные задачи (управление и обра-
ботка данных).
Программируемые управляющие устройства по своей мощ-
ности занимают промежуточное место между электронными
жестко программируемыми устройствами и системами с УВМ
(см. рис. 6.3). Широко известно их успешное применение для
решения задач управления и контроля, например в станках,
сварочных агрегатах, разливочных машинах, дыропробивных
прессах, прокатных станах, промышленных роботах, автомати-
ческих линиях, в сортирующих, дозирующих и смесительных
устройствах, в полиграфических и деревоперерабатывающих
машинах. В общем программируемые системы управления на-
ходятся в стадии интенсивного развития, характеризующегося
следующими тенденциями:
повышением удобства и упрощением техники программиро-
вания за счет использования оперативного ЗУ с защитой от
выключения питания в качестве носителя программы пользо-
вателя;
сокращением времени цикла;
снижением энергопотребления; (
уменьшением габаритов;
оснащением входными и выходными устройствами, защи-
щенными от перенапряжений и коротких замыканий;
371

дальнейшим упрощением распознавания и устранения не-
исправностей.
Описанные свойства, преимущества и тенденции развития
этих систем обусловливают постоянное расширение области
их применения, прежде всего вместо релейных и контакторных
управляющих устройств.
Управляющие вычислительные машины (УВМ) [6.48—6.52].
Функциональное содержание. УВМ являются свободно про-
граммируемыми ЦВМ, служащими в сочетании с периферий-
ными устройствами для автоматического контроля за процес-
сом, протекающим в машине, установке или ее части, для его
документирования и (или) для управления этим процессом по
определенным программам. В частности, УВМ может выпол-
нять функции, указанные на рис. 6.38.
В ходе сбора информации (рис. 6.38, операция 1) получен-
ные путем опроса технологических измерительных устройств,
датчиков предельных значений и управляемых вручную ко-
мандных и установочных устройств соответствующие аналого-
вые и дискретные сигналы регистрируются, фильтруются, со-
гласуются по уровню, кодируются и запоминаются в вычисли-
тельной машине.
На следующем этапе обработки данных в первую очередь
придается размерность измеренным нормированным величи-
нам и при необходимости производится их корректировка
(рис. 6.38, операция 2) на основе данных о нелинейных харак-
теристиках датчиков или других сведений о процессе.
Последующие задачи обработки можно упорядочить в ос-
новном по двум уровням.
Первый уровень содержит алгоритмы, форма которых ни-
как не связана с физикой процессов в объекте управления,
т. е. эти алгоритмы связывают входные и выходные величины
вычислительной машины в соответствии с задаваемыми извне
нейтральными по отношению к данному процессу критериями
и чаще всего могут быть легко составлены разработчиком вы-
числительного устройства либо уже имеются в виде ранее раз-
работанных программ. В простейшем случае собранные и на-
копленные данные о процессе индицируются в цифровой форме
(ручной выбор — рис. 6.38, операция 11) и протоколируются
(протоколы по минутам, часам, сменам). Кроме того, имеется
возможность, чтобы вычислительная машина осуществляла
контроль измеренных величин в отношении выхода их значе-
ний за установленные пределы или скорости и направления
их изменения (рис. 6.38, операции 3 и 4), выдавала информа-
цию обслуживающему персоналу обо всех или о наиболее
важных превышениях допустимых значений (рис. 6.38, опера-
ция 12) и распечатывала эти сведения с целью анализа воз-
мущений. Другой возможностью при обработке собранных
данных является выделение их средних значений и значений
разброса по известным математическим закономерностям.
372

Рис. 6.38. Задачи, решаемые УВМ
373

например для статистического анализа процесса, а также для
балансирования процесса, т. е. для расчета баланса материа-
лов и энергии и для расчета параметров процесса (рис. 6.38,
операции 5, 9 и 10). Под параметрами процесса здесь следует
понимать качественные и количественные параметры, которые
характеризуют режим протекания процесса, например КПД
установки, удельные затраты или выход продукта. Соответст-
вующие данные выводятся управляющей вычислительной ма-
шиной на бумагу или перфоленту и при необходимости под-
вергаются дальнейшей обработке в ЭВМ вышестоящего
уровня. К первому уровню обработки данных относятся
также стандартные алгоритмы управления и регулирования
(рис. 6.38, операция 6), с помощью которых по полученным
данным о процессе определяются значения задающих величин
для имеющихся в установке исполнительных устройств.
Со вторым уровнем обработки данных связаны характер-
ные для данного процесса алгоритмы, для разработки кото-
рых необходимы подробные сведения об объекте управления и
протекающих в нем процессах. Примерами являются ком-
плексные алгоритмы управления дискретными процессами, та-
кими, как пуск и остановка агрегатов на электростанциях, или
алгоритм управления технологическими системами в металло-
обрабатывающей промышленности (рис. 6.38, операция 7).
Задача обработки данных на наиболее высоком уровне, кото-
рая в настоящее время может быть поручена УВМ,— это за-
дача оптимизации процесса (рис. 6.38, операция 8). При этом
процесс автоматически управляется вычислительной машиной
таким образом, чтобы заданная целевая функция приближа-
лась при соблюдении заданных ограничений к некоторому
экстремуму (максимальный КПД, максимальная эффектив-
ность, минимальное количество отходов, минимальные энерго-
затраты и др.). При предварительном расчете наиболее благо-
приятных для каждого данного состояния процесса значений
задающих величин для исполнительных устройств, воздейст-
вующих на процесс, чаще всего используется статистическая
модель процесса с фиксированной структурой [уравнение
(6. 11)]. Ее коэффициенты, однако, время от времени, т. е. пе-
ред выполнением очередного расчета с целью оптимизации,
также автоматически с помощью УВМ согласуются с реаль-
ными условиями процесса.
Формы применения. По типу связи УВМ с измерительными
и исполнительными устройствами, используемыми в рассмат-
риваемом процессе, различают три типичных режима работы:
параллельный режим (автономный режим в разомкнутой
системе),
разомкнутый режим (работа в реальном масштабе времени
в разомкнутой, системе),
замкнутый режим (работа в реальном мастшабе времени
в замкнутой системе).
374	М

Передача
данных
а)	б)	в)
Параллельный режим Разомкнутый режим Замкнутый режим
Режим работы
(по виду связи
с процессом)
Решаемые-
задачи
•Подготовка к работе
в реальном Времени-
Задачи 1-го уровня
обработки (рис. 6.38)
Задачи 1-го и 2-го уровней
обработки (рис. 6.38)
Рис. 6.39. Способы использования УВМ
При параллельном режиме работы (рис. 6.39, а) аппарат-
ная связь между вычислительной машиной и процессом отсут-
ствует. Необходимые данные о процессе регистрируются обслу-
живающим персоналом и вводятся в машину с перфоленты
или перфокарт. По этим данным УВМ производит согласно
заданным программам технические и экономические расчеты,
результаты которых выводит на печать или на дисплей. На
основе полученных результатов оператор осуществляет необ-
ходимое вмешательство в работу управляемого объекта, на-
пример производит корректировку задающих величин некото-
рых регуляторов. По данному принципу в этом режиме работы
могут решаться все задачи, соответствующие первому и вто-
рому уровням обработки (рис. 6.38); правда, при этом работа
машины во времени не связана с протеканием процесса. Как
правило, параллельный режим работы используется в каче-
стве подготовительного для режима работы в реальном мас-
штабе времени, например для анализа протекания процесса
и для тестирования программ.
В разомкнутом режиме (рис. 6.39, б) данные о процессе
поступают в машину в виде сигналов, обрабатываются в ре-
альном масштабе времени, результаты печатаются и, наконец,
вручную передаются на исполнительные устройства. Этот ре-
жим часто используется в качестве предварительного для зам-
кнутого режима работы. Для надежности человек участвует
в данном процессе до тех пор, пока не будет обеспечено без-
упречное функционирование системы автоматизированного уп-
равления технологическим процессом. В общем для разомкну-
того режима работы типичны задачи первого уровня обра-
ботки данных (рис. 6.38).
В замкнутом режиме (рис. 6.39, в) УВМ соединена как
с входом, так и с выходом управляемого объекта. Данные
о процессе обрабатываются в машине, и управляющие вели-
чины в реальном масштабе времени подаются на регулирующие
375

Рис. 6.40. Представление двоичной информации о состоянии процесса
и исполнительные устройства. Оператор уже не входит в кон-
тур управления. Он наблюдает за установкой и вмеши-
вается в аварийных случаях. Для замкнутого режима управ-
ления техническим процессом характерны задачи второго
уровня обработки данных (рис. 6.38).
Представление информации. В УВМ вся информация,
а именно числовые данные (например, численные значения
измеряемых величин и задающих переменных), словесная тек-
стовая информация и двоичные данные о состоянии процесса,
например «электропривод включен/отключен» (1/0), «задан-
ная частота вращения достигнута/не достигнута», представля-
ется с помощью двоичных знаков на основе принятого в дан-
ной УВМ машинного кода. Важнейшей единицей информации,
которой оперирует вычислительное устройство, является слово.
Оно состоит из установленного числа двоичных разрядов, ко-
торое определяется конструктивными параметрами УВМ, т. е.
длиной регистров и ячеек, в которые записываются отдельные
слова. Существующие УВМ оперируют в основном 16-разряд-
ными словами. На рис. 6.40 в качестве примера дано машин-
ное слово, объединяющее в одну комбинацию 16 двоичных
разрядов, каждый из которых несет определенную информа-
цию о состоянии рассматриваемого процесса. С помощью от-
дельных слов в вычислительной машине осуществляются сле-
дующие элементарные операции.
Операции передачи. Отдельные слова передаются в преде- =
лах центрального процессора из оперативной памяти в ариф- ;
метическое устройство и наоборот либо из центрального про- t
цессора во входные или выходные устройства и наоборот.
Операции по обработке данных. Сюда относятся основные
арифметические операции (сложение, вычитание, умножение,
деление), логические операции (И, ИЛИ, НЕ и др.), тексто-
вые операции (объединение слов в предложения, выделение
частей слов и целых слов) и операции сравнения (сравнение
комбинаций двоичных разрядов).
376

Рис. 6.41. Командное слово: а — на машинном языке; б — в символической
машинно-ориентированной записи
Перечисленные выше элементарные операции выполняются
с помощью функциональных блоков в технике жесткого про-
граммирования (БИС), при этом каждая операция вызывается
одной командой.
Отдельные команды представляются, как и обрабатывае-
мые данные, в форме двоичного кода, каждая команда выра-
жается командным словом. Для некоторой команды обработки
данных слово имеет показанный на рис. 6.41 формат. Он ха-
рактеризует так называемую адресную команду, обычно ис-
пользуемую в УВМ. Как правило, она состоит из «адресной
части», которая в двоичной форме показывает, где содержится
определенное информационное слово, и «операционной части»,
из которой видно, что должно произойти с соответствующим
информационным словом. Надлежащим образом упорядочен-
ную последовательность таких команд дает программа. Она
Аппаратная
| часть (рис. 6.43)
Центральный
процессор
Периферия
। программы
Программы
пользователя
— Оперативное ЗУ.
__ Арифметическое
устройство
_ Устройство
управления
Периферийные устройства
обработки данных
•	Устройства ввода-
вывода (табл. 6,9)
•	Внешние ЗУ (табл. 6.10)‘
Периферийные устройства
управления процессом
•	Устройство ввода -
вывода данных процесса
• Блок управления УВМ
_ Система управляющих
программ
’-•Системные программы
•	Трансляторы
•	Служебные программы
•	Стандартные программы’
Проблемно-независимая часть
Подготовляется изготовителем УВМ
Специфиче-
ская часть.
Разрабатыва**
ется пользо-
вателе^
Рис. 6.42. Компоненты управляющей вычислительной системы
377

Внешние ЗУ
Магнит- Магнит- Магнит-
ный ный ная
барабан диск лента
Центральный
процессор
Пишущая
машинка
Периферийные устройства
обработки данных
Ввод—вывод Перфокар-
с перфоленты точный ввод
Л
о
Устройство
печати
Дисплей
Периферийные устройства
управления процессом
Устройства ввода—вывода данных процесса
Пультовая
пишущая
машинка
Пульт управления УВМ
Рис. 6.43. Общая структура автоматизированной системы управления тех-
нологическим процессом с УВМ в контуре
составляется программистом, проверяется им и с помощью
перфолент или перфокарт вводится в оперативную память ма-
шины. В таком случае УВМ является устройством с програм-
мой, хранящейся в памяти, и может осуществлять функцию,
составленную из элементарных операций. Поэтому для работы
УВМ имеют важное значение два компонента системы: аппа-
ратная часть, являющаяся в основном проблемно-независимой,
и программное обеспечение, характеризующее функциональное
содержание данной конкретной системы (рис. 6.42).
Аппаратная часть (рис. 6.43). К аппаратным компонентам
управляющей вычислительной системы относятся центральный
378

процессор и периферийные устройства (устройства обработки
данных и управления процессом). Обе категории оборудова-
ния могут свободно комбинироваться друг с другом через ка-
налы данных и управляющие каналы со стандартным интер-
фейсом. Благодаря этому имеется возможность создавать уп-
равляющие вычислительные системы различной конфигурации
в зависимости от конкретной задачи для самых различных об-
ластей использования.
Основными составными частями центрального процессора
являются:
оперативное запоминающее устройство (рабочая память)
для записи данных и программ;
арифметическое устройство для выполнения арифметиче-
ских и логических операций, а также сравнения операндов;
устройство управления для подготовки программы и интер-
претации готовой к выполнению программы, находящейся
в оперативной памяти.
Значения важнейших параметров центральных процессоров
УВМ лежат в следующих пределах: длина слова — в основном
16 разрядов; емкость оперативной памяти 4—256 К слов; набор
команд 50—200 команд; время цикла 0,1—1 мкс; число уровней
прерывания 20—200; потребляемая мощность 0,1—1,5 кВ-А.
Стандартные периферийные устройства обработки данных
УВМ не отличаются от аналогичного оборудования других
ЭВМ. Они служат для ввода программ, обеспечения связи об-
служивающего установку персонала с вычислительной машиной
во время работы и при техобслуживании, для расширения объ-
ема памяти, а также для обмена данными между рассматривае-
мой вычислительной машиной и параллельно работающими си-
стемами или системами вышестоящего уровня. Параметры не-
которых периферийных устройств указаны в табл. 6.9 и 6.10.
Периферийные устройства управления процессом (рис. 6.42)
служат для обмена информацией между УВМ и процессом.
К ним относятся:
блок управления УВМ как средство связи между обслужи-
вающим персоналом, вычислительной машиной и процессом,
т. е. служащий для индикации и ввода данных и операционных
команд, а также для оптической и акустической сигнализации
об аварийном состоянии и других характерных состояниях про-
цесса, протекающего в управляемом с помощью УВМ объекте;
устройство ввода и вывода данных процесса; оно выполняет
задачи приема, фильтрации, усиления аналоговых и дискретных
сигналов, поступающих от датчиков, осуществляет передачу
этих сигналов, подготовленных к обработке в ЭВМ, в централь-
ный процессор, а также передачу в обратном направлении об-
работанной в центральном процессоре информации в подготов-
ленной для управления процессом форме на регулирующие,
исполнительные и индикаторные устройства управляемого
объекта.
379

Таблица 6.9. Технические параметры наиболее важных устройств
ввода—вывода
Пишущие машинки	Скорость печати 3—10 знаков/с ,
Устройства	ввода—вывода с перфоленты	Скорость считывания 20—2000 знаков/с Скорость перфорирования 50—300 зна- ков/с
Устройства	ввода—вывода с перфокарт	Скорость считывания до 1000 карт/мин Скорость перфорирования до 300 карт/мин
Печатающее устройство па- раллельного действия	Скорость вывода данных	1000— 3000 строк/мин
Устройство последовательной печати	Скорость вывода данных 20—200 знаков/с
Дисплеи	Размер экрана по диагонали до 66 см Воспроизведение черно-белого или цветного изображения Возможность представления до 3000 симво- лов в одном изображении
Система программ. Совокупность необходимых для эксплуа-
тации УВМ программ называется операционной системой ре-
ального времени. Она содержит (см. рис. 6.42) машинно-ориен-
тированные программы, т. е. программы, которые служат
специально для организации внутренней работы УВМ и подго-
товки машины к эксплуатации, например систему управляющих
программ и системные программы, и, кроме того, программы
для пользователя, ориентированные на различные частные слу-
чаи применения.
Благодаря системе управляющих программ обеспечивается
эффективная работа вычислительной машины при использова-
нии всех свойств системы. Система управляющих программ по-
ставляется вместе со всей управляющей вычислительной систе-
мой и предназначена, в частности, для управления пуском
системы, обработкой системных программ и программ пользо-
вателя, обработкой сигналов прерывания программы, работой
периферийных устройств, связью вычислительной машины
с оператором, в аварийном случае тестированием устройств,
распознаванием неисправностей и обслуживанием.
Системные программы служат пользователю УВМ основой
для эффективного составления программ. Они также поставля-
ются изготовителем машины и работают, как и программы
38»

Таблица 6.10. Технические параметры наиболее важных внешних ЗУ
Наименование	Запоминающая среда	Число информаци- онных дорожек	Объем памяти
ЗУ на маг- нитном барабане	Полый цилиндр с на- магниченной поверхностью, длиной 100—1000 мм, диа- метром 50—600 мм, часто- той вращения 10 000 — 20 000 мин-1	До 1000	0,1 —10 Мбайт
ЗУ на маг- нитных дисках	Пакет дисков (2—50 ди- сков) диаметром 200— 1000 мм, частотой враще- ния 1000—2400 мин-1	До 500 на каждой стороне диска	5—10 Мбайт на пакет дисков
ЗУ на гибких дисках	Пластиковый дискет диа- метром 100, 130 или 200 мм, частотой	вращения 360 мин-1	77 на одной стороне	0,2—0,4 Мбайт на одну сторону диска
ЗУ на маг- нитной ленте	Пластиковая лента с по- крытием, длиной 700— 1000 м, шириной 12,7 или 25,4’'мм, скоростью двйже- ния’0,3—5 м/с	7—9	20—50 Мбайт на одну дорожку
Продолжение табл. 6.10
Наименование	Запоминающая среда	Среднее время обращения к ЗУ	Скорость передачи данных
ЗУ на маг- нитном барабане	Полый цилиндр с на- магниченной поверхностью, длиной 100—1000 мм, диа- метром 50—600 мм, часто- той вращения 10 000 — 20 000 мин-1	5—?0 мс Прямой доступ	До 1 Мбит/с
ЗУ на маг- нитных дисках	Пакет дисков (2—50 ди- сков) диаметром 200— 1000 мм, частотой враще- ния 1000—2400 мин-1	40 мс Прямой доступ	До 1 Мбит/с
ЗУ на гибких дисках	Пластиковый дискет диа- метром 100, 130 или 200 мм, частотой	вращения 360 мин-1	0,4—0,5 с Прямой доступ	До 0,5 Мбит/с
ЗУ на маг- нитной лейте	Пластиковая лента с по- крытием, длиной 700— 1000 м, шириной 12,7 или 25,4 мм, скоростью движе- ния 0,3—5 м/с	10—100 с Последова- тельная выборка	До 1 Мбит/с
381

пользователя, под контролем системы управляющих программ.
К ним, в частности, относятся:
трансляторы (ассемблеры, компиляторы) для трансляции
исходной программы, написанной на машинно- или проблемно-
ориентированном языке, в объектные программы;
служебные программы для загрузки, проверки и отладки
программ;
стандартные программы (как средства поддержки програм-
мирования) в форме подпрограмм и макросредств, часто ис-
пользуемые программистом, в частности программы преобразо-
вания, необходимые, чтобы перевести численные значения из
одной формы представления в другую, а также стандартные
программы для решения дифференциальных уравнений, для ста-
тистических расчетов, для расчета матриц, численного интегри-
рования и др. Программы пользователя предназначены для ре-
шения специальных задач обработки. Они разрабатываются
пользователем УВМ и выполняются под контролем системы уп-
равляющих программ.
Программирование. Программирование УВМ означает вы-
бор из системного программного обеспечения, предоставленного
разработчиком вычислительной машины, подходящей для кон-
кретного случая системы программ управления и составление
программ пользователя с применением имеющихся готовых про-
грамм, перевод этих программ с помощью системных программ
в объектные программы, проверку их на наличие ошибок и вве-
дение в операционную систему УВМ.
Для того чтобы получить, с учетом необходимости работы
в реальном масштабе времени, как можно более короткое время
выполнения программы, а также для максимально эффектив-
ного использования оперативной памяти исходные программы
записываются в УВМ на символическом машинно-ориентиро-
ванном языке. Это означает, что в программе в качестве отдель-
ных шагов используются характерные для данной машины
командные слова, при этом указания к выполнению операций
выражаются с помощью мнемонических сокращений, а ад-
реса— с помощью цифровых символов (см. рис. 6.41, б) и запи-
сываются в соответствующей последовательности в формуляре
программы. Для облегчения процесса программирования, од-
нако, все чаще используются, особенно для записи алгоритмов
управления, языки программирования, ориентированные специ-
ально на технологические процессы [6.40, 6.52].
У правление последовательностью выполнения программ. Ус-
ловия режима работы в реальном масштабе времени (в темпе
протекания процесса) требуют, чтобы УВМ имела возможность
при появлении определенных событий прервать находящуюся
в данный момент в стадии выполнения программу с тем, чтобы
продолжить обработку другой, более срочной программы, на-
пример отключить при возникновении аварийной ситуации ка-
кой-то блок данной установки.
382

Рис. 6.44. Чередование программ в зависимости от появлений определен-
ных событий Ei
А — начало; Е — конец выполнения программы
События, требующие прерывания или смены программы,
можно в общих чертах подразделить на два класса [6.49].
События первого класса. Сюда относятся события, которые
делают продолжение текущей программы невозможным или бес-
смысленным. Это — выявленные в процессе обработки прог-
раммы ошибки в данных, ошибочные команды, ошибки транс-
ляции, недопустимые операции, неисправности в периферийных
устройствах, недопустимое повышение температуры и др. При
реакции на такие события текущая программа прерывается
обычно после окончания выполнения обрабатываемой в данный
момент команды и состояние счетчика команд заносится в ра-
бочую память. В заключение система управляющих программ
вызывает необходимые стандартные программы (программы вы-
явления ошибок, сообщения оператору).
События второго класса. Это события, требующие прог-
раммно-управляемой реакции вычислительной машины. Сюда
относятся: сообщения о готовности устройств вывода; сообще-
ния от устройств ввода о готовности данных; наступление опре-
деленных моментов времени, в которые УВМ должна выполнить
определенные операции, например опрос датчиков; наступление
определенных состояний процесса и опасных ситуаций, которые
регистрируются с помощью соответствующих измерительных
средств, имеющихся в управляемом объекте; соответствующие
данные могут также вводиться в машину обслуживающим пер-
соналом с пульта управления.
При возникновении таких ситуаций текущая программа не
прерывается, но ее обработка на время приостанавливается, ус-
тупая место обработке программы с более высоким уровнем
приоритета. В таких случаях, следовательно, необходима фикса-
ция всех данных, требуемых для продолжения данной прог-
раммы (состояние счетчика команд, содержимое регистров).
Информация о событиях, ведущих к прерыванию программы,
передается на центральный процессор с помощью двоичных сиг-
налов прерывания.
Поскольку каждому событию, которое требует от вычисли-
тельного устройства программно-управляемой реакции, соответ-
ствует программа, находящаяся в состоянии ожидания, и таких
383

Предварительная проработка
Монтаж I
Наладка с использова-
нием тестовых программ
! Проектирование, заказ,
поставка аппаратуры
2
Программирование
5
Опробование
Использование
Тестирование программ
на другой ЭВМ
Подготовка
обслуживающего
Подготовка программистов
‘Составление алгоритмов
персонала
Рис. 6.45. Общая схема планирования и выполнения работ по проектирова-
нию УВМ.
событий может произойти сразу несколько, то программы >
в УВМ упорядочены в основном по срочности выполнения и их
обработка организована так, что при появлении события, тре- ?
бующего программы большей срочности, обработка текущей
программы прерывается и начинается обработка программы
с более высоким уровнем приоритета. Рис. 6.44 дает представ-
ление о таком принципе работы. Здесь Р1—программа с самым
низким уровнем приоритета, а Р5 — с самым высоким; Et — со-
бытие, которое вызывает выполнение программы Pi.
Проектирование УВМ. Проектирование УВМ является слож-
ной, трудоемкой задачей. Контроль процесса проектирования
осуществляется в основном известными методами сетевого пла- ;
нирования [6.50—6.52]. Общая схема процесса проектирования
представлена на рис. 6.45. На ней хорошо просматривается ти- ,
пичная для систем с программным управлением от ЗУ парал-
лельная реализация технического и программного обеспечения.
Критерии для выбора УВМ приведены в работе [6.51].
6.4. ПРИМЕРЫ УПРАВЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
6.4.1. Устройства управления машинами.
Особенности. Устройствами управления машинами называЯН
ются все управляющие устройства для объектов управления/’4'^
перечисленные в п. 6.2.1. Типичным для этих управляющих уст-
ройств является то, что они имеют время расчета управляющего &
воздействия 1—10 мс; общее число двоичных входов Е и двоич- |
ных выходов А лежит в пределах 50—500, соотношение Е/А рав-
няется (1,2 .. . 2)/1, а длина цепей управления составляет 10—
100 м. Оператор осуществляет управление с пульта или поста
384

Рис. 6.46. Тенденции использования в станках управляющих устройств раз-
личных типов (в ФРГ) [6.53]
управления, где размещены все командные и настроечные уст-
ройства, устройства контроля и индикации.
Устройства управления машинами выполняются в виде кон-
тактных или бесконтактных жестко программируемых систем и
все чаще в технике систем с программой, хранящейся в памяти
(рис. 6.46). В отношении проектирования различают два край-
них случая: управляющие устройства для специальных машин,
затраты на проектирование которых составляют значительную
долю общих затрат и которые поэтому требуют очень эффектив-
ных методов проектирования, и управляющие устройства для
серийных машин, которые изготовляются в больших количест-
вах и при проектировании которых важно получить хорошо от-
работанный вариант управляющего устройства минимальной
стоимости. Процесс проектирования в обоих случаях происхо-
дит, как показано на рис. 6.2.
По уровню автоматизации можно дать следующую общую
классификацию машин: машины с ручным управлением; ма-
шины с программным управлением; системы машин с управле-
нием от ЭВМ.
Машины с ручным управлением. В машинах с ручным уп-
равлением все технологические операции начинаются и прекра-
щаются управляемыми вручную командными устройствами.
Если машина имеет несколько-приводов, то ее управляющее
устройство состоит из регулируемых одиночных приводов
и (или) стандартных схем, которые для выполнения требований
защиты и обеспечения необходимых по условиям технологии
13 Заказ № 1446
385

32
34
102
Q2 Ь-
'а ?
Q3
Л4
f4
/Г/1 d | 5 I d | кг\ч id I d I лз! d I d I d I Qf-главный выключатель
—QZ-направление вращения
St-режим работы
52-все выключить
. S3- приводфрезы включить.
Подача. Перемещение 59-толчковыйрежим ра~
стола боты еррезы
.Зв-выключение подачи
- 5Б-включение подачи
57-выключение привода
, перемещения стола
58-перемещение стопа
влево
59-перемещение стола
вправо
5 tO-конечное левое положение
511 -конечное правое положение
512-конечное положение
Привод
фрезы
М
К/
K2
Рис. 6.47. Схема управления фрезерным станком
зависимостей заблокированы друг от друга. В этом случае речь
всегда идет о следящих управляющих устройствах (см. п. 6.3.1).
На рис. 6.47 дан пример схемы управления простого фрезерного станка.
Возможны два режима работы: «Установка» и «Обработка». Начало и окон-
чание каждой отдельной операции осуществляются с помощью кнопок S1—
S9. В режиме «Обработка» (SI в положении В) привод подачи можно
включать только при условии, что уже работает привод фрезы. При дости-
жении определенных конечных положений с помощью кнопок S10—S12 осу-
ществляется автоматическое отключение.
386

Машины с программным управлением. Управляющие уст-
ройства машин с программным управлением представляют
собой устройства программного управления, работающие
в функции времени или в функции состояния процесса (см.
п. 6.3.1). Согласно определенной программе в зависимости от
времени или от состояния процесса они подают на отдельные
исполнительные и приводные устройства команды включения
или выключения или задающие сигналы. Выполнение прог-
раммы либо жестко запрограммировано, либо задается с по-
мощью специальной загрузки программного ЗУ блока ввода
программы. Во втором случае процесс управления можно отно-
сительно просто изменять в определенных границах в соответ-
ствии с изменениями задачи.
На рис. 6.48 показано соответствующее устройство управления токарным
станком. Функциональное содержание зафиксировано в нем частично путем
определенного соединения исходных элементов, частично посредством соот-
ветствующей установки распределительного устройства X и частично распо-
ложением контактных кулачков, которые управляют микровыключателями
S2—S5. Управление осевыми перемещениями и их скоростью осуществляется
с помощью реле К2—К7, контакторов Q2, Q3 и сцепных муфт VI, V2, как
показано на рис. 6.48 для продольной оси. С помощью соединений, обеспе-
чиваемых распределительным устройством X, добиваются изображенной иа
рис. 6.48, виг программы движения. Ее можно частично модифицировать
(например, как показано иа рис. 6.48, д) путем перестановки штеккеров в рас-
пределительном устройстве или некоторого смещения кулачков.
Управляющие устройства такого рода встречаются в маши-
нах, которые осуществляют простые циклы движения с боль-
шим числом повторений (рис. 6.48, г, д). Верхний предел объ-
ема программы равен примерно 100 программным шагам. Если
приходится иметь дело с большими программами и выпускае-
мые изделия обладают низкой серийностью, а также исходя из
высоких требований к точности неизбежны измерение и обра-
ботка определенных величин в числовом виде, то используются
числовые системы управления.
Станки с числовым программным управлением (ЧПУ). Уст-
ройства числового программного управления (NC-контроллеры;
по-английски Numerical Control (NC) — числовое управление)
являются в известной степени программируемыми управляю-
щими устройствами с обратной связью по состоянию процесса
(см. п. 6.3.1), логическая схема которых допускает числовую об-
работку задающих величин и сигналов обратной связи, пред-
ставленных в виде числовой информации, и получение в резуль-
тате этой обработки управляющих команд для объекта управ-
ления. Они состоят из универсальных электронных модулей,
выполненных по технологии больших интегральных схем (мик-
ропроцессоры, однокристальные ЭВМ, программируемые посто-
янны^ЗУ, ЗУ с произвольной выборкой, программируемые логи-
ческие матрицы), из которых можно с относительно малыми за-
тратами на проектирование комплектовать специализированные
управляющие устройства для конкретных машин [6.54, 6.55].
13*	'	.	387

а)
лг
В)
К1
Выбор конечного Направление Скорость
выключателя' X
л1/
S2°-
KJ
Направления дей-
Шаго-
вый
кошу- ствия конечных
татар выключателей
б) 380в~
'	-	- zzz
220 В
24 В-
К2
Q2
Продольное Поперечное Уско- Подача
движение движение репный
ход
S5]
Продольное движение
Рис. 6.48. Устройство управления токарным станком с
З-Л?
А _
3*32
I Попереч-1
1ное дви-
жение



0010 01
000101
АЗ
А4
о
00 0101
АЗ
А6
г) .
Я:	1S4
S2
ЛУ]
S3d)
Рис. 6.48. Устройство управления токарным станком с частично варьируе-
мой программой: а — принципиальная схема управляющего устройства; б —
токарный станок с приводом движения вдоль продольной оси; в — граф
последовательного выполнения программы; г — цикл движения режущей
кромки резца; д~ модифицированный цикл движения
S1 — пусковая кнопка; S2, S3 — подвижные кнопки плунжерного типа; S4, S5 — непод-
вижные кнопки плунжерного типа; / — двигатель подачи со схемой реверса; 2 — ко-
робки скоростей с переключением ускоренный ход/рабочнй ход; 3 — неподвижные на-
правляющие с кулачками; 4 — поперечно движущиеся направляющие с кулачками; 5 —
обтачиваемая деталь; 6 — снимаемый объем материала
Соответственно особенностям процессов движения инструмента
й заготовки различают управляющие устройства с программи-
рованием точек и отрезков и устройства с контурным числовым
программным управлением (ЧПУ) (табл. 6.11).
На рис. 6.49 дан пример принципиальной структуры управ
ляющего устройства с программированием точек и отрезков дл
сверлильно-фрезерного станка с револьверной головкой, с чис
ловым программным управлением по осям X, Y, Z. Для выдач!
управляющей информации на станок используются модуль со
пряжения, специализированные подпрограммы, функции блоки
01 о о or
010 001
10 0010
К2ЮШК1Л
000000
$2
Относительное движение инст- румента и детали осуществляется вдоль желаемого контура детали. Поэтому между перемещениями по отдельным осям существует опреде- ленная функциональная зависи- мость	Газосварочные аппараты, про- фильно-токарные и профильно-фре- зерные станки, машины для элек- троискровой обработки металлов, контурные шлифовальные машины, закройные и маркировочные маши- ны, манипуляторы	20—30 знаков/с	*	40—60	2—3 с	1	До 250 записей
Параллельность движения ин- струмента и детали. Нет функ- циональной связи между пере- мещениями по отдельным осям. Приводы осей работают последо- вательно, а при позиционирова- нии также и одновременно		Токарные, сверлильные и фре- зерные станки для прямоуголь- ных профилей, шлифовальные н строгальные машины, монтаж- ные механизмы, манипуляторы	1 зиак/с	*		. 15	20 с	иоэииве 60S—0S	|
В режиме «Ускоренный ход» осуществляются начальные пе- ремещения в отдельные рабочие позиции pt. Нет функциональ- ной связи между перемещениями по отдельным осям, они могут происходить одновременно	Аппараты точечной сварки, сверлильные станки, клепальные машины, штампы, наборные ма- шины, автоматы для электриче- ского монтажа				
Особенности	Характерные обла- сти применения	Средняя скорость передачи данных (рис. 6.56, штрих- пунктионая линия II)	Среднее число зна- ков в записи	Среднее время об- пабогки записи	Длина программы
389
388

2-4*
3-|*
£
г-4*
X-*'
Индикаций_____________
Ручной ВВод данных_____
Ввод данных с перфоленты
Ввод данных от ЭВМ
Ручной ввод команд
Ввод констант__________
Ввод поправок
Значения пути торможения
Устройство числового
управления
Датчик
положениях
Датчик
положения У
Датчик
положения Z
Привод оси X •
Привод оси Y
Привод оси 2
Привод главного
движения
вспомогатель-
ные приводы
Рис. 6.49. Блок-схема станка с числовым программным управлением (с про-
граммированием точек и отрезков)
F — константа; / — действительное значение координаты центра фрезы; К— поправка;
S —заданный размер детали (см. рис. 6.50); V — значение пути торможения; / — ин-
формация для обслуживающего персонала (номера запйсей, заданное н действитель-
ное положения, содержимое ЗУ); 2 — введенные вручную геометрические размеры н
технологические данные; 3 — перфолента с рабочей информацией (см. рис. 6.54); 4 —
рабочая информация от вычислительного устройства системы прямого цифрового уп-
равления (см. рис. 6.56); 5 — вводимые вручную команды (режим работы, пуск, ос-
тановка и Т. д.)
ровки, декодирования и другие функции согласования. В прин-
ципе речь здесь идет о программируемом управляющем устрой-
стве (см. п. 6.3.3).
Принцип работы приведенной на рис. 6.49 системы управле-
ния можно «ояснить следующим образом. Принципиально воз-
можны четыре рабочих режима: установка, ручной ввод дан-
ных, режим работы отдельных блоков, автоматический режим.
Первые три режима служат для настройки станка, для коррек-
тировки ошибок, а также для тестирования и введения новых
программ. Работа обычно происходит в автоматическом ре-
жиме. В этом режиме сигналом пуска приводится в действие
внутреннее устройство программного управления и осуществля-
ется построчное, запись за записью, выполнение программы об-
работки детали, записанной на перфокарте или в рабочей па-
мяти управляющего устройства. При этом с помощью арифме-
390

М М
if 65 мм
300 мм
165мм
fS ND05 rw гк тз
Ч. ________Ч. „У ч. У_____
5	О d О	О С О
^V006 е Деталь 6
04	О О а О О
I
3=^65 мм______ К
62 .	V'
А/	.
Рис. 6.50. Пример обработки детали (фрезерование участков а, Ь, с, d, е)
MN — исходное положение станка; WN — исходное , положение детали; X, У — система
координат станка; Xw, Yw — система координат детали; F — константа; К— поправка
(радиус фрезы); / — действительное значение координаты центра фрезы; V — значение
пути торможения
тического устройства, расположенного в центральном процес-
соре, для рассматриваемой в данный момент оси станка цик-
лично вычисляются две величины:
Al = F+S + 7<—/;	A2 = F + S + K—I—V,
исходя из которых на приводы осей подаются следующие управ-
ляющие команды:
Д 1>0: направление подачи положительно;
АКО: направление подачи отрицательно;
Д2>0: движение с предусмотренной программой скоростью;
Д2<0: движение с ползучей скоростью подачи;
Д1=0: остановка привода подачи.
Величины F, S, К, I, V показаны на рис. 6.50 на примере
оси X.
Программа обработки детали разрабатывается на основе
конструкторской документации [6.54, 6.56]. На рис. 6.51 показан
сильно упрощенный поток данных при ручном программиро-
вании.
Отправной точкой для программирования является состав-
ленный конструктором чертеж детали. На основе этого чертежа
технологами определяются рабочие операции, которые должны
быть выполнены на станке с ЧПУ, и для каждой рабочей опе-
рации составляется рабочий чертеж (рис. 6.51, шаг /). Особен-
ностью этого чертежа является наличие системы координат
*	391

Документация, необходимая
для программирования
Рабочие шаги И
носители данных
Перечень зажимных
средств
Чертеж детали
Перечень инструментов
Ориентировочные
'параметры
Рекомендации по
программированию
Таблица предваритель-j
ного кодирования /
(табп. 6.12)	/
Рис. 6.51. Поток данных при ручном
программировании устройства число-
программного управления
2, 3, 4 — ручные операции
ВОГО
Рабочий чертеж
Кодирование
План обработки
(рис, 6.52)
3--------*--------
Предварительное
кодирование
1-----------------
Изготовление
рабочего чертежа
2—------*-------
Определение
этапов обработки
Перфолента программного
управления (рис. 6.54)
Бланк с записанной
программой (рис. 6.53)
детали Xw, Yw, к которой приведены все размеры, и схемы за-
жимов для обрабатываемой детали.
Рабочий чертеж вместе с перечнем инструментов, которыми
оснащен данный станок, и таблиц ориентировочных параметров
с учетом особенностей станка, позволяющих в зависимости от
типа обрабатываемого материала и инструмента произвести оп-
тимальный выбор параметров резания (скорость подачи, час-
тота вращения шпинделя), служат программисту для составле-
ния плана обработки (рис. 6.51, шаг 2). Этот план содержит
последовательность и названия отдельных технологических опе-
раций, включая перечень необходимых для их выполнения ин-
струментов и параметры резания. На рис. 6.52 показан упро-
щенный вид плана обработки. Под номерами 001—006 в немсо-
392

№ пп.	Технологическая операция	Инструмент	Номер инстру- мента	-Направление вращения шпинделя	Частота враще- ния шпинделя, ММ"1	Подача, мм/мин
001 Фрезерование,
а = 465 мм
002 Фрезерование,
b = 200 мм
63.
003 Фрезерование,
с = 165 мм
Концевая
фреза
Вправо
1000
004
Ускоренный
ход
005 Фрезерование,
d = 165 мм
006 Фрезерование,
в = 200 мм
63
Рис. 6.52. План обработки (упрощенный вид)
держатся все данные, необходимые для фрезерной обработки
участков a, b, с, d, е изображенной на рис. 6.50 детали на
станке, показанном на рис. 6.49.
На следующем шаге (рис. 6.51, шаг 3) записанная в плане
обработки информация переводится на принятый в данном
станке язык программирования с учетом имеющихся рекомен-
даций по программированию. Для этого с помощью таблицы
предварительного кодирования (табл. 6.12) каждой кодируемой
информации ставится в соответствие некоторое слово прог-
раммы. Оно состоит из адреса (буквы) и ряда цифр. С по-
мощью адреса определяется точка применения данной числовой
информации в управляющем устройстве или в станке. Отдель-
ные слова программы составляются затем с учетом предписан-
ного порядка слов N, G, X, Y, Z, F, S, Т, Н, М в отдельные за-
писи, а записи — в программу. Слово, которое не изменяется
в нескольких следующих друг за другом записях некоторого от-
резка программы, следует задавать ч*ри этом только один раз,
и его можно опускать в последующих записях, где оно должно
оставаться неизменным.. Исключениями являются сигналы с ад-
ресами координат X, Y, Z.
На рис. 6.53 дан пример записи программы фрезерования
торцов а, Ь, с, d, е детали, изображенной на рис. 6.50.
Данные, записанные на бланке с программой, на четвертом,
последнем, рабочем шаге (рис. 6.51) печатаются на электриче-
393

!о	Таблица 6.12. Таблица предварительного кодирования						
Слова программы	Адрес слова (код ISO)		Значение последовательности цифр В слове			
Обозначение записи	N		А ООО . . . 999 = номер обрабатываемой записи			
Вызов поправки (	Н		Последовательность цифр		-^CMCOTfL0c£>r-OOC>C>-^CMCOTfL0c£> о о о о о о о о о — — — — — — —	
			Группа переключателей выбора цифр		—< CM СО	Ю Ф.Г-*- ООСЛО^СМ СО^	
Условие выполнения команды	G		24 — ввод исходного размера (другими командами G не отменяется!) 40 — отмена команд G 5! н G 52	, 51 — коррекция положения инструмента +	< 52 — коррекция положения инструмента —			
Масштаб по координате X	X		00000 . . . ±80 000 мм-3			
Масштаб по координате Y	Y		00000 ... ±30 000 мм-3			
Масштаб по координате Z	Z		00000 . . . ±35 000 мм-3	.			
Подача А' _	,	• ' '			Последовательность цифр		ОЮО’^ООСМФО’’£ООСМФФт£ООФ фсо^^^ююфффь-г-ооооооф	
		Г				Д|
				- мм-мин-1		 8® §32283888888888 Sig — — см>> ф Q>
Частота вращения		f S		Последовательность цифр		Q Ю) ОО — b-О СО <£ Ф ффюг-t'-t'-ooooooco
				мин-1		ОООЮОООФФО ФоЬЮЮФ —©ОФ© -м см со «а г- о о со - см см
Инструмейт		т		Последовательность цифр		—* см со ю <х> о о о о о о
				Номер инструмента		7" см СО ЮФ
Дополнительная функция		м		00 — остановка согласно программе М30 — конец перфоленты с возвратом 01 — остановка по выбору	в исходное положение (про- 02 — конец программы	граммируется только в одной 03 — вращение шпинделя вправо	записи!) 04 — вращение шпинделя влево		
Начало программы		%				
Конец записи W Ч> и»		.			LF		*		

Запись N	Условие .прохож- дения команды G	Масштаб координат			Подача F	Частота вращения S	Инстру- мент Т	Поправ- ка н	Допопни- тепьная' функция
		X	Y	Z					
%									
N 001	G 51 •	X + 46500			F56	5 80	ТОЗ	Н 15-	МОЗ
N 002			Y + 20000						
М 003	G 40	X + 30000							
N 004		X + 16500			F 99				
N 005	G52 '	Х +00000			F 56				
N 006			Y + 00000						
N 007									М 30
									
Рис. 6.53. Бланк с записанной программой
ской пишущей машинке, в результате чего автоматически полу-
чается перфолента для программного управления (рис. 6.54).
Недостатки такого ручного программирования очевидны:
большое число формальных, часто повторяющихся операций #
(шаги 1—4 на рис. 6.51) и связанное с этим большое число оши-
бок; полученная управляющая перфолента может быть исполь- !
зована только для определенного станка с ЧПУ.
Поэтому программирование устройств ЧПУ все больше осу- !•
ществляется машинным путем (рис. 6.55). При этом на основе [
чертежа детали с помощью словаря проблемно-ориентирован- {
ного языка программирования, например языка SYMAP [6.57],
описывается технологический маршрут (рис. 6.55, шаг 1). Спе-
цифические, частные характеристики станков при этом не учи-
тываются. В результате получается так называемая исходная
программа. Ее последующая обработка осуществляется с по-
мощью ЭВМ в два этапа. На первом этапе (рис. 6.55, шаг 3)
с помощью программы обработки (процессора) исходная про-
грамма обрабатывается в той степени, в какой это может быть
сделано независимо от требований, предъявляемых конкретным
станком. На втором этапе (рис. 6.55, шаг 4), используя специ- .
альную программу дополнительной обработки (постпроцессор),
эту программу согласуют со станком, на котором должна про-
водиться обработка, после чего уже появляется управляющая |
перфолента.
Системы станков, управляемых от ЭВМ. Постоянные поискш^И
гибких технологических структур приемлемой стоимости при-|^М
вели к применению свободно программируемых УВМ для чис-ЧРИ
левого управления отдельными станками со сложным, функцио- |
нальным наполнением (обрабатывающие центры, измеритель-
ные машины, специальные станки), а также группами станков,
в которых несколько станков с помощью механизмов для тран-
396

о
о
О о о	о о о		1 1
	о о о	о О о	
0.0	о	QQ,	
оо	о		
оо	о		
о оо	о	о	—
о	о	оо о	—
оо	о	о о	
о оо	о	о	
оо оо	о		
о о	о	оо	
о о о	о	о-	
оо	о	оо	
оо	о	о о	
о о	о	о	
оо	о		
ор	о	оо	
оо	о.	о о	
оо	о	о о	
о о	о	оо	
О ООО	о		
оо	о		
оо о	о	о	—
оо	о		—
оо	о	оо	—
О Оо			
о оо	о	о	—
ОО	о	о о	
о о°о о			
оо	о		
оо	о	оо	—
о	о	о	—
	о		
Ьим воп	Значение символов	Значение слов		
.% LF	Начало программы Конец записи			
N 0 о/ 1	Адрес записи Номер записи	Обозначение записи	о ш о с ф	
G 5 1	Адрес условия прохождения команды j* Коррекция положения инструмента +	Условие про хождения команды	о 03 о с CJ ф	
х + 4 6 5 0 0	Адрес координат Знак 4 • 102 мм’	--- 6 • 101- мм ’ 5'10° мм 0 • 10“’ мм . 0 • 10’2 мм	Масштаб координат	о CD О ф	
F 5, 6	Адрес подачи 'i	. ' '... | бЗмммин-1	Подача	о «§ •4- с о	S с -- Q Г5 • СЕ
О Оо Со	Адрес частоты вращения j* 1000 мин'1	Частота вращения	О (D ОС Lbg О	
Т 0 - 3	Адрес инструмента | Инструмент № 3	Инструмент	О	
н 1 5	Адрес поправки Регистр поправок 15	Вызов поправки	о 5	
М 0 3	Адрес дополнительной функции У Вращение шпинделя вправо	Допоп - нительная функция	о 0J CD 00° о	
LF	Конец записи			
Рис. 6.54. Перфолента программного управления с записью согласно рис. 6.50,
6.52 и 6.53 в 7-разрядном коде ISO
спортировки деталей технологически связаны друг с другом
(CNC — Computerized Numerical Control). Необходимые для
этого вычислительные машины должны удовлетворять следую-
щим требованиям [6.54]:
работать в реальном масштабе времени с циклом прерыва-
ния менее 1 мс;
397

Рис. 6.55. Поток данных при автоматизированном программировании уст-
ройства ЧПУ
Л 2 — ручные операции; 3, 4 — машинные операции
иметь объем рабочей памяти 4—64 К байт на станок.
Преимуществами структур числового управления . от ЭВМ
(CNC-структур) являются:
ограниченное разнообразие используемого оборудования и
более легкое проектирование;
повышенная гибкость в отношении новых функциональных
требований;
393

размещение всей программы обработки детали в рабочей па-
мяти ЭВМ;
легкость внесения в программу необходимых изменений;
возможность реализации сложных алгоритмов интерполяции
при контурном управлении;
возможность реализации управления загрузкой и оптималь-
ного регулирования с помощью вычислительных средств;
возможность частичного выполнения функций сопряжения
вычислительной машиной;
легкость обнаружения с помощью диагностических программ
неисправностей периферийных устройств;
возможность использования ЭВМ для наладки периферий-
ного оборудования (электроприводы, измерительные системы,
устройства смены инструмента);
возможность подключения дисплея для улучшения связи
с системой управления при наладке, эксплуатации и техниче-
ском обслуживании;
возможность получения информации о режиме работы
станка, времени обработки, времени остановки и др. и возмож-
ность оценки производственного процесса с технико-экономиче-
ской точки зрения.
Общение с вычислительной машиной происходит через так
йазываемый монитор (рис. 6.56). Если одна УВМ управляет не-
сколькими станками, то каждому станку придается специальное
периферийное устройство (NCP — рис. 6.56), основными функ-
циями которого являются:
сравнение заданного и фактического значений положения;
запрос новых данных через систему прерывания УВМ;
реализация алгоритмов интерполяции в устройствах контур-
ного программного управления;
выдача на станок информации о заданных значениях пере-
мещения и операциях включения — выключения или прием и пе-
ресылка сигналов обратной связи от управляемого станка.
Более высокого уровня автоматизации производства можно
достичь, если включить в процесс автоматизации управление и
распределение NC-программ ЧПУ. Такие системы называются
системами прямого цифрового управления или, сокращенно, си-
стемами DNC (Direct Numerical Control). В запоминающем уст-
ройстве большой емкости записаны все программы обработки
детали, необходимые тдля определенного промежутка времени
(рис. 6.56, архив данных для управления). Эти программы на-
ходятся в распоряжении УВМ (рис. 6.56, ЭВМ системы DNC)
и по требованию передаются (отдельными записями или по-
блочно) в системы NC или CNC, входящие в иерархическую
структуру управляющего устройства. Кроме того, ЭВМ системы
DNC выполняет следующие задачи:
организацию загрузки станков;
управление транспортировкой деталей, инструмента и
стружки;
399

4 главных злектропри- 11 вспомогательных при- 2 вспомогательных привода
-вода постоянного тока, водов переменного люка, постоянного тока. 25 вспо-
3 вспомогательных при- 61 вентиль сзлектромагг могательных приводов по-
вода постоянного тока нитным управлением, ременного тока, 13 венти -
61 конечный выключа- леи с электромагнитным
тель	управлением,96 конечных
выключателей
31 электропривод •
переменного тока,
30 контрольных
выключателей
Рис. 6.57. Упрощенная структура управления станом холодной прокатки
с программируемыми управляющими устройствами [6.59, 6.60]
VS — жестко запрограммированное устройство управления функциональной группой;
Н — индикация отказов; LT — силовая часть; PS — программируемое управляющее ус-
тройство; S — ручное управление; SE — устройство управления и регулирования элек-
троприводов; SG — задающее устройство; 1 — команды включения и выключения; 2 —
задающие сигналы; 3 — сигналы обратной связи от приводов; 4 — аварийная сигнали-
зация; 5 — сигналы обратной связи от технологической установки
контроль технологического процесса и диагностику си-
стемы;
сбор статистических материалов как основы для оценки и
корректировки производственного процесса.
В целом прямое цифровое управление приводит к улучше-
нию использования станков (65—70 % по сравнению с 35—40 %
при управлении отдельными станками) и обеспечивает более
гибкую организацию технологического процесса.
6.4.2. Программируемые управляющие устройства и УВМ в автоматизи-
рованных установках. Программируемые управляющие устройства применя-
ются в тех случаях, если при решении задач управления преобладает двоич-
ная обработка сигналов, а обработка числовых данных ограничивается вы-
полнением простых арифметических действий и счета. Управляющие вычис-
лительные машины используются тогда, когда ставится дополнительная за-
дача сбора и предварительной обработки эксплуатационных данных и ха-
рактеристик выходного продукта, протоколирования производственного про-
цесса и оптимизации режима управления им на основе жесткой или адап-
тивной модели процесса.
<- Рис. 6.56. Иерархическая структура производственной системы ЧПУ
NCP — периферийные устройства системы числового программного управления техноло-
гическим процессом; РЕ — периферийные устройства. Сплошными линиями обозначена
передача информации по кабелям, штриховыми — при участии обслуживающего пер-
сонала
400
401

Головная часть
а) Хвостовая часть
Проволока
Рис. 6.58. Оптимизация длины реза в проволочных станах с применением
УВМ [6.61]
На рис. 6.57 дан пример трехуровневой структуры управляющего уст-
ройства стана холодной прокатки [6.59, 6.60]. На уровне управления приво-
дом производятся включение и отключение отдельных электроприводов с уче-
том соответствующих блокировок, формирование сигналов обратной связи
по состоянию и регулирование частоты вращения и тока электроприводов
постоянного тока.
На уровне управления функциональными группами имеются два про-
граммируемых управляющих устройства PS2, PS3 и одно жестко программи-
руемое V5. Эти устройства управляют взаимодействием отдельных групп
электроприводов, а именно транспортировкой н позиционированием рулонов
стали, заправкой прокатываемых изделий, приводом моталкн, установкой
верхнего валка н др. [6.60].
На уровне общего управления процессом программируемое управляющее^
устройство PS1 управляет протеканием всего процесса прокатки, т. е. выдае™
402	I

на отдельные электроприводы команды включения и выключения, а также
сигналы задания скорости, ускорения или замедления. Это устройство непо-
средственно управляет главными электроприводами и реализует функции
блокировки между устройствами управления функциональными группами и
всей установкой. Кроме того, производится логическая расшифровка сигна-
лов об отказах и неисправностях, на основании которой принимаются меры,
предупреждающие возможную аварию (оповещение обслуживающего персо-
нала, замедленная или моментальная остановка всей установки).
На всех трех уровнях возможно ручное вмешательство, чтобы прн необ-
ходимости скорректировать автоматический режим нлн прн небольших непо-
ладках вручную обеспечить работу в аварийном режиме.
Если вместо программируемого управляющего устройства PS1 исполь-
зуется УВМ, то это позволяет организовать более широкий сбор, подготовку
и протоколирование данных измерений, а также диагностику неисправностей.
Кроме того, имеется возможность согласовывать таблицы прокатки с со-
стоянием установки, т. е. каждый раз заново рассчитывать оптимальные
(в смысле оптимизации на основе математической модели) таблицы прокатки
с учетом фактических значений параметров установки на основе адаптивной
математической модели стана и процесса прокатки и соответственно изменять
задающие величины нли настройку регуляторов электроприводов.
Из большого числа представляющих практический интерес задач оптими-
зации следует рассмотреть одну — оптимизацию длины реза в проволочных
станах [6.61]. Задача в данном случае заключается в том, чтобы по всей
длине проволоки La (рнс. 6.58, а) после удаления непригодных краев произ-
вести нарезку кусков заданной длины по возможности без остатков, т. е.
сделать минимальным отход материала. Для этого в вычислительной ма-
шине (рнс. 6.58, б) записываются все фактические данные о сортах и фор-
матах стали, упорядоченные по заданным количеству и длине. Каждый раз-
при поступлении проволоки в ножницы в ЭВМ вручную вводятся данные
о сорте стали, формате и желаемой длине хвостовой части. Кроме того,
ЭВМ с помощью фотоэлементов собирает данные о длине проволоки без
обрезанной головной части нли с нею и потом рассчитывает оптимальную
комбинацию длин отдельных кусков проволоки с учетом сорта, стали, плана
выпуска, срочности' отдельных заказов и использования разрешенных допу-
сков. Данные о подученном количестве н длине отдельных кусков прово-
локи передаются персоналу, обслуживающему ножницы, н после этого
устанавливается ограничитель длины реза проволоки на ножницах. После
резания рассчитываются технические данные проволоки и корректируется
находящийся в оперативной памяти ЭВМ план выпуска.
ГЛАВА СЕДЬМАЯ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТИ
И НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
Надежность, помехозащищенность и безопасность в работе—
вот те критерии, которые в основном определяют эксплуатаци-
онные качества автоматизированных систем. Поэтому еще до
начала разработки такой системы следует сформулировать
(и затем в ходе процесса проектирования и технической реали-
зации планомерно выполнять) требования, касающиеся назван-
ных показателей работы электропривода. Необходимые для
этого мероприятия подробно излагаются ниже.
403

7.1.	МЕРОПРИЯТИЯ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ
ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
7.1.1.	Основные понятия. В современных электроприводах
электронные устройства автоматики (управляющие и регули-
. рующие устройства, микро- и мини-ЭВМ), характеризуемые
весьма низким энергопотреблением, работают в непосредствен-
ной близости с силовыми электрическими устройствами (кон-
такторы, электромагниты, двигатели, преобразователи и т. д.).
Это вызывает опасность возникновения возмущающих воздей-
ствий, которые на короткое или длительное время нарушают
работоспособность электронных устройств или приводят к по-
вреждению полупроводниковых элементов.
Под общим понятием «электрические возмущения» следует
понимать заранее не предусмотренные электрические воздей-
ствия отдельных элементов системы друг на друга или воздей-
ствия других систем на рассматриваемую систему [7.1]. Эти воз-
мущения могут возникать за счет паразитных гальванических,
емкостных или индуктивных связей. Причиной их появления
может быть также неидеальность элементов системы (скин-эф-
фект, явление отражения в электрических линиях, дребезг кон-
тактов и микрофонный эффект).
В зависимости от местонахождения источников возмущаю-
щих воздействий (внутри или вне рассматриваемой системы)
следует различать собственные и внешние возмущения.
Собственные возмущения. Сюда относятся воздействия на
цепи управления за счет:
изменения значений сигналов на соседних проводах;
динамических коротких замыканий силовых цепей при ком-
мутации логических элементов;
наведенных напряжений частотой 50 Гц от цепи вспомога-
тельного электропитания;
перенапряжений при отключении электромагнитных уст-
ройств; электрических процессов выравнивания при подключе-
нии и отключении вспомогательных агрегатов (осветительные
приборы, вентиляторы, кондиционеры);
искажения полезного сигнала вследствие явления отраже-
ния в линиях передачи сигналов, а также за счет дребезгу и не.-^
надежности контактов выключателей и реле при коммутации й|
механических сотрясениях.	I
Внешние возмущения. К ним относятся:	I
электростатические и электромагнитные внешние поля, воз-1
действующие на соответствующий блок;	I
помехи, действующие на входные цепи,, в частности им-
пульсы напряжения соседних силовых и управляющих цепей;
помехи, обусловленные электроснабжением, например вслед-
ствие перенапряжений (в отдельных случаях до 150Q—2000 В),
вызванных различного рода коммутациями в сети или воздей-
ствием молний, за счет'высших гармоник напряжения вслед-
404

Рис. 7.1. Чувствительность логических элементов к помехам: а — статиче-
ское отношение сигнал-шум; б—импульс помехи; в — динамическая помехо-
устойчивость, граничная кривая между нормальным и возмущенным ре-
жимами
Области входных напряжений:	> ^ZHmin — логическая единица для положи-
тельной логики: U ii_< U IL max — логический нуль для положительной логики; U щ mjn —
UIL max — запретная зона; области выходных напряжений:	> ^07/min-ло*
гическая единица для положительной логики;	max- логический нуль для
положительной логики; mjn — Чо^ max — запретная зона
ствие влияния вентильных преобразователей на сеть, за счет
кратковременных (в пределах нано- и микросекунд) импульсов
напряжения, которые возникают при подключении мощных по-
требителей (двигатели, сварочные агрегаты), ненагруженных
кабелей, проводок и осветительных устройств с лампами нака-
ливания, а также при коротких замыканиях вблизи подвергаю-
щегося воздействию блока.
В принципе возмущения и помехи — это или низкочастотные
стационарные воздействия (низкочастотные напряжения помех
и смещения потенциала общего провода) или случайно возни-
кающие и очень быстро протекающие динамические процессы
(импульсы напряжения в сигнальных цепях или провалы напря-
жения в цепях питания)..
Помехи первого типа вызывают повреждения прежде всего
аналоговых средств автоматики, а помехи второго типа — дис-
кретных. Однако в то время как в аналоговых системах каждая
помеха вызывает искажение сигнала, в логических системах на-
пряжения помех проявляются только в случае превышения ими
определенных предельных значений или определенной продол-
жительности воздействия, а именно помехоустойчивая работа
происходит до тех пор, пока статическое напряжение помехи
Us (время воздействия больше tPd, где tPd — среднее время за-
паздывания логической схемы) не превышает порогового значе-
ния, определяемого статическим отношением сигнал-шум
(рис. 7.1, а),
UsH—UoHmln—UsL=UlLmax — UoLmax (7-1’, 7.2)
или импульсы напряжения помехи с площадью Ugftgi(tgi<.tPd),
действующие на вход схемы (рис. 7.Г, б), остаются ниже гра-
ничной кривой, изображенной на рис. 7.1, в.
405

Рис. 7.2. Гальванические возмущения
А — сечение проводника; d — расстояние между проводниками; I — длина проводников;
£ —общая индуктивность всей цепи; N — сеть; R — общее сопротивление цепи; С/ — по-
стоянное напряжение питания; у —удельная электрическая проводимость; J, 2, 3 —
блоки логики
7.1.2.	Гальванические возмущения. Эти возмущения [7.2, 7.3]
возникают из-за связи электрических цепей через общее сопро-
тивление, например через сопротивление общего для нескольких
цепей провода, через заземляющий провод или через общую
для нескольких потребителей цепь питания. Типичная для рас-
сматриваемого явления ситуация упрощенно изображена на
рис. 7.2 на примере системы электрического питания.
В стационарном состоянии на блоки 1—3 подается напряже-
ние питания
u = U — Ri0 = u0.	(7.3)
Если в каком-то блоке из-за переключения одного или не- ;
скольких логических элементов изменяется ток М/М, то	}
H =	+	(7.4)	{
Иначе говоря, напряжение питания других блоков изменя-
ется согласно уравнению (7.4). Это изменение тем меньше, чем
меньше сопротивление R и индуктивность L общего участка
цепи при заданных М и М/М.	[
Хотя под влиянием скин-эффекта сопротивление R в области ;
существенных частот может увеличиваться во много раз по от- Г
ношению к чисто омическому сопротивлению
/?0 = 2//(уЛ),	(7.5) J
активная составляющая напряжения помехи uSr = RM при пра- Г
вильно рассчитанном сечении провода А, как правило, является ►
пренебрежимо малой (несколько милливольт) по сравнению ?
с индуктивной составляющей	?
Usw = L^-.	(7.6)
АГ
406

Рис. 7.3. Расположение проводников: а — параллельные цилиндрические про-
водники; б — параллельные проводники с прямоугольным сечением; в — ин-
дуктивность иа единицу длины L/1 согласно формуле (7.7) для случая а;
г — индуктивность L/1 согласно формуле (7.8) для случая б
Соответствующая заданному значению ki/kt индуктивность
для проводников цилиндрической формы (рис. 7.3, а) прибли-
женно рассчитывается по формуле [7.4]
L = /-H-ln —,	(7.7)
л D	v '
а для кабелей с плоскими, почти прилегающими друг к другу
прямоугольными проводниками (рис. 7.3, б) при условии d<gb
и d<a [7.4]
L = z_2p_lnfl+----1—Y	(7.8)
л k 1 + alb )
Поскольку коэффициент 2d)D в выражении (7.7) в лучшем
случае можно уменьшить до 2, а в формуле (7.8) легко реали-
зуются значения а]Ь> 10, с помощью показанного на рис. 7.3, б
размещения проводников можно добиться существенно мень-
ших значений индуктивности (рис. 7.3, в, г). Тонкие лентообраз-
ные проводники представляют особенно большой интерес бла-
годаря использованию их в качестве токопроводящих каналов
для информационной электроники.
Порядок возможных значений индуктивного падения напря-
жения, действующего как возмущение, продемонстрируем на ос-
нове следующих реальных значений: L/l= 1 мкГн/м; Ai=0,l А;
407

Л/=0,1 мкс; 1=1 м. Из формулы (7.6), таким образом, получа-
ется И8нид= 1 в.
Из вышесказанного вытекают следующие возможности из-
бежать или уменьшить влияние гальванических возмущений:
изготовление проводов и жгутов, объединяющих провода,
относящиеся к нескольким цепям (общие шины, цепи заземле-
ния, провода цепей питания), с пониженным полным сопротив-
лением и особенно с малой индуктивностью. Для этого согласно
формулам (7.5), (7.6), (7.8) требуются: как можно меньшая
длина проводников I (компактность конструкции); большое по-
перечное сечение проводников А (в шкафах Л = 5... 30 мм2);
малый промежуток между проводниками (в цепях питания под-
водящие и отводящие проводники необходимо прокладывать по
возможности вплотную друг к другу); использование лентооб-
разных проводников или плоских шин, на печатных платах —
исполнение общего провода в виде площадки, сетки или гре-
бешка (рис. 7.4); звездообразные соединения с общим прово-
дом (рис. 7.5, а);
гальваническая развязка при передаче сигналов по более
длинным линиям. Общий провод отдельных устройств соеди-
нять в одной точке (рйс. 7.6, а);
разделение потенциалов в устройствах обработки данных,
которые по необходимости, например при размещении в разных
зданиях, принадлежат к разнопотенциальным системам защит-
ных проводов, с целью избежать возмущения в виде напряже-
ния us и соответствующей разности потенциалов Aw, которая
может привести к появлению тока is (рис. 7.7). Разделение по-
тенциалов осуществляется электромеханическим, электромаг-
нитным или оптоэлектронным путем.
7.1.3.	Емкостные помехи. Причиной возникновения емкост-
ных помех являются паразитные емкости связи между провод-
никами, относящимися к различным электрическим цепям.
Практический интерес представляют три случая:
электрическая цепь, подвергающаяся воздействию помех, и
цепь, являющаяся их источником, гальванически развязаны;
названные цепи имеют одинаковый потенциал общего про-
вода;
значения емкости между подвергающимися воздействию
помех электрическими цепями и «испорченной» помехами зем-
лей очень большие.
Гальванически развязанные электрические цепи. На рис. 7.8
показан механизм возникновения емкостных помех. Для напря-
жения помехи справедливо выражение [7.3]
и$ = иК (С4.3С24—6^14^23),	(7-9)
где К — константа, равная нулю, если для емкостной связи вы-
полнено условие симметрии С1з/С2з=С14/С24. Выполнение этого
условия можно обеспечить путем использования попарно сви-
408

Рис. 7.4. Способы кон-
структивного исполне-
ния общего провода: а —
в виде площадки; б —
сетки; в — гребешка
Рис. 7.5. Рекомендуемое (а) и нерекомен-
дуемое (б) соединения общего провода
блоков В1—В4
Рис. 7.6. Целесообразное (а) и нецелесообразное (б) соединения датчи-
ков G1 и G2 с приемниками Е1 н Е2
Рис. 7.7. Целесообразное (а) и нецелесообразное (б) соединения двух уст-
ройств 1 и 2, у которых общие провода Bl, В2 и несущие конструкции G1,
G2 принадлежат к разным системам защитных проводов SL1, SL2
Р — элемент, осуществляющий разделение потенциалов; Ra — входное н выходное’
сопротивления
Рис. 7.8: Емкостные связи
между гальванически
развязанными цепями
40*

Рис. 7.9. Схема замещения,
иллюстрирующая влияние по-
мех на операционный усили-
тель, реализующий передаточ-
ную функцию ПИ-регулятора
1 — провод, являющийся источни-
ком помех; 2 — провод, подверга-
ющийся действию помех; 3 — об-
щий провод
тых проводников (первый со вторым, третий с четвертым) или
посредством подключения симметрирующих конденсаторов.
Электрические цепи с объединенным общим проводом. На
рис. 7.9 в качестве примера для аналоговой системы показан
ПИ-регулятор, выполненный на базе операционного усилителя,
который подвергается действию емкостных помех из-за наличия
емкости связи Ск между входной цепью 2 операционного усили-
теля и соседним проводником 1, на котором возникают измене-
ния напряжения Ьи/Ы. Тогда, учитывая, что комплексные соп-
ротивления в обратной связи и во входной цепи усилителя
равны соответственно Zr=Rr+ 1/(рСг) и Ze=l/(pCK), а также
при практически всегда допустимом предположении, что СК<^СГ
и us(p) = (\u/E.t) • 1/р2, получим
\М)р
или во временной области
иа= — RrCK(bu/bt).	(7.10)
В связи с этим при крутых фронтах напряжения \uj\t на
проводнике, подвергающемся действию помех, могут возникать
значительные искажения выходного сигнала иа регулятора.
В логических схемах (рис. 7.10, а) при изменении значения
сигнала на выходе логического элемента благодаря наличию
емкости связи Ск может произвольно меняться состояние RS-
триггера Е. Приведенная на рис. 7.10, б схема замещения спра-
ведлива для Re^Ra, где Re обозначает входное сопротивление
Рис. 7.10. Емкостные помехи в логических схемах: а — логическая схема;
б — упрощенная схема замещения
1, 2, 3 —то же, что н на рнс. 7.9; С^—емкость связи; С^—емкость между рассма-
триваемым проводом н общим проводом
410

Рис. 7.11. Временная диаграмма на-
пряжения емкостной помехи иа для
Osi/jgA?
триггера, a Ra—выходное
сопротивление логического
элемента В. Отсюда элемен-
тарно рассчитывается напря-
жение помехи:
Ms = 7?aC/,(-^) х
х (1—e~Z/[^(cK+cM)l). (7.11)
Его временная диаграмма представлена на рис. 7.11. Для
Ra(CK + CM)<^M получается значение
us = RaCK(Au/bt).	(7.12)
Емкость связи С к в выражениях (7.11) и (7.12) определи- ’
ется геометрическим расположением соответствующих провод-
ников. Для круглых, параллельно расположенных проводников
(рис. 7.12) справедлива формула [7.4]
Ск=----------яевег  -	(7.13)
ln[d/D+V(d/D)2 —1]
Практические значения удельной емкости электрической ли-
нии Ск/l лежат в пределах 20—100 пФ/м. При Ск//=100 пФ/м,
/?а=10 Ом, 1=1 м и Да/Л/=1000 В/мкс из выражения (7.12)
находим ориентировочное значение напряжения помехи us = 1 В.
Для снижения уровня емкостных помех в цепях с объединен-
ным общим проводом следует согласно выражениям (7.11) —
(7.13) принять следующие меры:
по мере возможности уменьшить значение емкости Ск- Это
означает: использовать как можно более короткие проводники
(компактность • конструкции); обеспечить возможно больший
Рис. 7.12. Параллельные цилиндрические проводники: a — расположение;
б — зависимость емкости на единицу длины от геометрических размеров
411

Рис. 7.13. Примеры экранирования: а — экранирование проводов; б — экра-
нирующий провод на печатных платах
S, Е — источник и приемник сигналов; 1, 2, 3 — то же, что и на рис. 7.9; 4 — экран
промежуток d между сигнальными проводами и линиями с нет
избежно большими значениями использовать изоляцион-
ные материалы с возможно меньшей диэлектрической проницае-
мостью е;
сделать как можйо большей емкость См за счет укладки
сигнальных проводов между общими проводами; проводки
в жгутах или свивания общего и сигнального проводов (витые
пары); экранирования печатного монтажа площадками общего
провода или применения многослойных печатных плат;
обеспечить минимальное значение Ra путем использования
логических схем с малым выходным сопротивлением;
стремиться к тому, чтобы значение ки/Ы было минималь-
ным. Это означает: в логических системах логики предельная
частота переключений не должна быть выше, чем это необхо-
димо для решения задачи; избегать резких изменений напряже-
ния на проводах, находящихся в непосредственной близости
к логическим схемам (демпфирование коммутационных перена-
пряжений в аппаратах с электромагнитным приводом);
экранировать подверженные влиянию помех проводники и
цепи с помощью хорошо проводящих металлических экранов
(рис. 7.13, а), экранирующих проводов на печатных платах
(рис. 7.13,6), экранирующих пластин на
печатных платах и между ними (рис.
7.14) или экранирующих кожухов, при-
соединенных в одной точке к общему
1	/ J Рис. 7.14. Экранирование печатных плат с по-
мощью металлических пластин
^7	'	J —- экранирующая пластина; 2 — экранирующий кожух;
2	I	3 — общий провод
412

о) Re, hr
^/////////^
' fo~+tS2. J
Рис. 7.15. Защита заземленного участка цепи от емкостных помех, обуслов-
ленных разностью потенциалов относительно земли Ди
i	au
проводу. За счет экранирующего воздействия распределение
емкости изменяется таким образом, что в экране возникает
паразитный емкостный ток is. Последний отводится в точку,
с которой экран соединен проводником. Для того чтобы экра-
нирующий проводник соприкасался с общим проводом дей-
ствительно только в одном месте, необходимо основательно
изолировать экранирующее устройство, а изоляция, в свою оче-
редь, должна быть защищена от механических повреждений.
Цепи с большой емкостью относительно земли. В заземлен-
ных сигнальных проводах большой длины при наличии сильных
наводок на земляной провод возможно появление другой формы
емкостных помех, а именно здесь при быстрых изменениях раз-
ности потенциалов относительно земли Ди из-за наличия емко-
стей Cki и Скг могут возникать паразитные токи isi и ig2
(рис. 7.15, а). Для предотвращения их возникновения можно:
отсоединить заземление; это, однако, рекомендуется не
в каждом случае (см. п. 7.1.10);
экранировать сигнальные провода (рис. 7.15, б);
выполнить рассматриваемый участок цепи симметрично или
использовать на приемной стороне дифференциальный усили-
тель (рис. 7.15, в), усиливающий только разность потенциалов
между входами;
использовать на приемной стороне схему гальванической
развязки (реле, оптическая связь) (рис. 7.15,г).
7.1.4.	Индуктивные помехи. Индуктивные помехи могут воз-
никать за счет трансформаторной связи между цепями
(рис. 7.16, а). Если в контуре / происходят быстрые изменения
тока как в выпрямительных схемах, в цепях тока двига-
ло

Рис. 7.16. Индуктивная связь между электрическими цепями
1 — цепь, являющаяся источником помех; 2 — цепь, подвергающаяся действию помех;
3 — ферромагнитный экран
теля или в электросварочных агрегатах, то в контуре 2 индуци-
руется напряжение помехи
=	(7.14)
At	Ai
Оно появляется при Re^>Ra (это имеет место в логических
схемах) главным образом на резисторе Re. Здесь Ф — магнит-
ный поток, пронизывающий контур 2, а
м=-^1п[' + (-г)’]	' <716>
— взаимная индуктивность между указанными контурами, за-
висящая от геометрического расположения проводников
(рис. 7.16, б).
Из формул (7.14) и (7.15) ориентировочно для практически
возможных значений a/d=0,l, Z=1 м, At’/A/=1000 А/мкс полу-
чим «8—2,3 В.
Индуктивные помехи можно ослабить согласно выражениям
(7.14) и (7.15) с помощью следующих мер:
сделать минимально возможной взаимную индуктивность М.
Это условие выполнится при минимальном I (как можно более
короткие монтажные провода, компактная конструкция си-
стемы), максимальном d (большое расстояние между прово-
дами питания и сигнальными проводами, прокладка их не
в одном жгуте и не вместе в одном кабельном канале), мини-
мальном а (т. е. в сочетании с соблюдением требования отно|
сительно I обеспечение малости площади а • /, образованной рас!
сматриваемым контуром);	I
414

выполнить свивание проводников контура 2 (3—30 свивок на
1 м). Благодаря этому взаимно уничтожаются составляющие
напряжения помехи Ust, индуцируемые отдельными магнитными
потоками Фг (рис. 7.16, в). Полезно также свивать проводники
контура 1, так как таким образом возникают противоположные
друг другу составляющие магнитного потока;
предусмотреть размещение в непосредственной близости
с цепью, подвергающейся действию помех, короткозамкнутых
витков. Они уменьшают скорость изменения потока ЛФ/А/;
выполнить экранирование кабелей, проводов (рис. 7.16, г),
блоков и приборов, в частности, с помощью [7.5—7.7]: ферро-
магнитных экранов (трубы, металлические шланги, кожухи из
стальных листов) от низкочастотных полей, причем действие эк-
рана тем лучше, чем больше ц экранирующего материала и тол-
щина экрана; немагнитных экранов от высокочастотных полей;
в этих экранах образуются вихревые токи, демпфирующие дей-
ствие поля помехи за счет отбора энергии.
7.1.5.	Явление отражения в длинных линиях. При передаче
двоичных сигналов по длинным линиям происходит -искажение
полезного сигнала в результате его отражения, если имеется
рассогласование (рис. 7.17, a) Zw=/=Ra и (или) Zw^=Re (Zw —
волновое сопротивление провода) и, кроме того, длительность
фронта импульса /а меньше, чем время прохождения tL сигнала
по проводу, т. е.
tA<2iL.	(7.16)
Для tb справедлива формула
tL = llv,	(7.17)
где I — длина провода (рис. 7.17, а);
и=—	1	- та 0.2	м/нс	(7-18)
V Цоцеое
— скорость распространения сигнала.
В соответствии с соотношениями (7.16) — (7.18) помехи,
обусловленные отражением, следует учитывать в том случае,
когда при данном значении tA в наносекундах длина провода
в метрах превышает критическое значение, численно равное
4 = о, Ид.	(7.19)
Это имеет место, например, при /д = 5 нс, если длина про-
вода больше 50 см. В таком случае при скачкообраз-
ном набросе или сбросе напряжения U (рис. 7.17, а) для иа
и ие получаются характерные временные диаграммы (рис. 7.17,
б и в), в которых отчетливо просматриваются следующие яв-у
ления:
затянутость переходных процессов и обусловленная этим
более низкая допустимая скорость передачи данных;
415

t/it *"	t/tl,	J
Рис. 7.17. Типичные диаграммы напряжений для несогласованных линий:
а — модель линии; б — диаграммы сигналов при переходе из 0 в 1; в —
диаграммы сигналов при переходе из 1 в 0 в начале линии
сглаживание фронтов сигналов и вследствие этого слишком
долгое нахождение логических элементов в запрещенной обла-
сти (иеЬ нез на рис. 7.17, б);	_ '
возможность повторного появления на выходе при переходе
из «1» в «О» сигнала «1», т. е. ложного полезного сигнала
(рис. 7.17, в, интервал времени t)tL = 3... 5).
Рекомендуемые мероприятия:
не превышать критическую длину провода lk согласно выра-
жению (7.19) (практически это возможно только в печатных
платах и во вставных блоках);
значение /д не должно быть слишком мало, т. е. граничная
частота логической схемы не должна быть выше, чем это без-
условно необходимо;
использовать согласованные линии (Ra=Zw-, Re~Zw) с опре-
деленным волновым сопротивлением (ленточные, свитые и ко-
аксиальные провода).
7.1.6.	Технические рекомендации по подавлению помех при
проектировании систем. Как показывает анализ основных меха-
низмов возникновения помех (см. пп. 7.1.2—7.1.5), успешное
решение задачи подавления помех в значительной степени за-
висит от таких факторов, как построение системы, ее схемо-
техническое и конструктивное исполнение. Это означает, что
мероприятия по подавлению помех нельзя реализовать в уже
416

Рис. 7.18. Основные компоненты системы, рассматриваемые при обеспечении
ее помехозащищенности
разработанной системе и что требования помехозащищенности
следует постоянно учитывать и планомерно осуществлять на
этапе проектирования и изготовления систем. При этом необ-
ходимо решать следующие задачи:
обеспечивать достаточную помехоустойчивость в отношении
собственных (внутренних для рассматриваемой системы) помех
и возмущений, основываясь на точной информации об источни-
ках помех и их влиянии;
обеспечивать достаточную нечувствительность к внешним по-
мехам на основании их априорной оценки;
использовать все возможности улучшения помехозащищен-
ности без повышения затрат.
При практическом решении этих задач рекомендуется от-
дельно рассматривать следующие компоненты системы
(рис. 7.18): 1 — блок обработки сигналов; 2 — линии передачи
сигналов; 3 — систему питания; 4 — заземление несущих кон-
струкций и общего провода; 5 — электромагнитные ^устройства,
преобразователи. Соответствующие мероприятия по защите от
помех приводятся ниже.
7.1.7.	Мероприятия по защите от помех в устройствах обра-
ботки сигналов. Для подавления воздействия внешних полей,
вообще говоря, достаточно обшить шкафы, пульты и другие кон-
струкции, в которых обычно размещены электронные устрой-
ства, металлическими листами. Впрочем, при технической реа-
лизации защиты от полей можно придерживаться следующих
рекомендаций:
в дискретных системах применять элементы с не очень высо-
кой граничной частотой (емкостные помехи, отражение сигна-
лов!), с возможно большим статическим отношением сигнал-
шум, с высокой динамической помехоустойчивостью и с воз-
можно более низким сопротивлением источника 7?а;
отдавать предпочтение синхронизированному по тактам ре-
жиму работы по сравнению с асинхронными и выбирать дли-
14 Заказ № 1446
417

тельность такта таким образом, чтобы за время такта заканчи-
вались все переходные процессы, связанные с изменениями со-
стояния элементов схемы;
тщательно защищать цепи синхронизации, т. е. располагать
соответствующие провода на малом расстоянии от общего про-
вода, а при необходимости свивать их с ним либо использовать
экранированный провод;
уменьшать гальванические, емкостные и индуктивные по-
мехи и исключать отражение сигналов путем выполнения соот-
ветствующих рекомендаций, данных в пп. 7.1.2—7.1.5;
проводить четкое конструктивное разделение электронных
устройств обработки данных, электромеханических устройств и
силового электронного оборудования (использование отдельных
несущих конструкций или экранирование с помощью ферромаг-
нитных перегородок);
размещать особенно чувствительные к помехам устройства
(например, генератор тактовых импульсов) в ферромагнитных
корпусах, изолированных от шкафа и связанных в определен-
ной точке с общим проводом;
выполнять соединения блоков системы с общим проводом
в виде звезды, с малым полным сопротивлением.
7.1.8.	Мероприятия по защите от помех в линиях передачи
сигналов. Возможными причинами возникновения напряжений
помех и искажений полезного сигнала в проводах, охватываю-
щих большие расстояния (5—500 м и более) между периферий-
ными и центральными устройствами системы, являются:
отражение сигналов (см. рис. 7.17);
емкостные помехи от других параллельно проложенных,
гальванически не связанных сигнальных проводов (см. рис. 7.8);
емкостные и индуктивные помехи от цепей электропитания,
в особенности мощных агрегатов;
паразитные емкостные токи, возникающие из-за разности по-
тенциалов в системе заземления (см. рис. 7.15).
Для защиты линий передачи от помех и искажений полез-
ного сигнала в работах [7.8—7.14] приводятся следующие ос-
новные рекомендации:
применять согласованные линии с определенным волновым
сопротивлением;
линии передачи сигналов прокладывать на максимально
большом расстоянии от кабелей и проводов, в которых при нор-
мальном режиме работы могут происходить резкие изменения
тока и напряжения;
не использовать для нескольких сигналов один общий про-
вод, для каждого сигнального провода предусмотреть собствен-
ный общий провод, при этом оба провода должны быть свиты
вместе. Благодаря этому емкости связи располагаются симмет-
рично по отношению к параллельным сигнальным проводам, ем-
кость См (см. рис. 7.10) увеличивается и не возникает проводя-
щих контуров;
418

при необходимости для каждого сигнала применять отдельно
экранированную витую пару. Экран должен быть хорошо изо-
лирован и соединен с общим проводом только в одном месте
(см. рис. 7.13, а);
в зоне сильных низкочастотных индуктивных помех помес-
тить сигнальные провода в ферромагнитные трубы или шланги,
которые одновременно обеспечивают защиту кабеля и проводов
от механических повреждений;
для исключения емкостных помех, вызванных колебаниями
потенциала заземления, следует соблюдать рекомендации, отно-
сящиеся к рис. 7.15. Очень уместно двустороннее разделение по-
тенциалов (см. рис. 7.15, г). На рис. 7.19 приведены два при-
мера передачи двоичных сигналов с разделением.потенциалов.
Еще одной возможностью ослабления воздействия помех на
линии передачи сигналов является выбор более высокого уровня
напряжения для передачи сигналов и одновременное снижение
уровня сигналов в блоке обработки данных. Кроме того, можно
использовать входные фильтры для подавления периодических
и непериодических напряжений помех, а также для устранения
дребезга контактов [7.3, 7.15]. На рис. 7.20 изображены схемы
специальных входных цепей для подавления импульсов помех,
действующих на входы двоичных элементов: на рис. 7.20, а—
схема для подавления дребезга контактов кнопочного выклю-
чателя S с помощью /?С-цепи, на рис. 7.20, б — входная цепь,
состоящая из одного интегратора и одного порогового элемента,
и, наконец, на рис. 7.20, в — схема, которая реагирует на изме-
нения сигналов лишь тогда, когда они происходят по истечении
какого-то определенного времени tv.
Для помехоустойчивой передачи счетных импульсов может
быть применен принцип, показанный на рис. 7.21. Импульсный
сигнал х передается в истинной форме (х) или с отрицанием
(х). Если на входах логической схемы обработки появляется
импульс помехи $ со значением 0 или 1, то на выходе сохраня-
ется предыдущее состояние сигнала х. Если длительность по-
мехи превышает длительность полезного импульса, то сущест-
вует опасность подавления полезных импульсов.
Передачу сигналов, абсолютно устойчивую к электромагнит-
ным воздействиям, можно оптимально реализовать с помощью
световода (рис. 7.22). Гальваническая развязка между датчи-
ком и приемником, как и повышенная надежность при работе
во взрывоопасных средах, обеспечивается, кроме того, самим
принципом передачи. Выполненные на световодах линии пере-
дачи сигналов с электрическими устройствами сопряжения, со-
вместимыми с ТТЛ-элементами, могут передавать аналоговые
сигналы с частотой до 5 МГц на расстояние более 0,5 км и циф-
ровые сигналы со скоростью до 10 Мбит/с на расстояние
до 1 км [7.16].
7.1.9.	Мероприятия по защите от помех в системе питания.
Помехозащищеиное исполнение систем питания для техниче-
14*	419

Разделение потенциалов
Рис. 7.19. Разделение потенциалов: а — с помощью реле; б — путем приме-
нении оптической связи
S — кнопочный выключатель; у — двоичный сигнал
Рис. 7.20. Входные цепи для подавления импульсов помех, действующих на
входы двоичных элементов: а — устранение дребезга контактов выключа-
теля с помощью /?С-цепн; б — подавление импульсов помех с помощью ин-
тегратора и порогового элемента; в —• подавление импульсов номех путем за-
держки приема сигнала .	. .
420

Рис. 7.21. Помехоустойчивая передача импульсов
1 — линия передачи; 2 — схема обработки
ских средств автоматизации означает исключение помех, вы-
званных подводом сети (перенапряжения, провалы напряжения,
высшие гармоники); воздействия помех на линии передачи сиг-
налов со стороны системы питания и воздействия отдельных
средств автоматизации друг на друга под влиянием устройств
питания. Это достигается, в частности, следующими мероприя-
тиями:
устанавливаются фильтры непосредственно в месте подвода
сети. Структура фильтров и параметры их элементов выбира-
ются в соответствии с требуемой степенью подавления помех и
в зависимости от полного сопротивления сети и потребителя
[7.3]. Применяются однозвенные и многозвенные фильтры с L-
и С-элементами (рис. 7.23), значения индуктивности и емкости
которых лежат в пределах миллигенри и микрофарад;
в больших объектах (управляющие ЦВМ) и в сетях с силь-
ными помехами, например в механизмах для горных работ,
в прокатных станах и в других промышленных установках, ре-
Рис. 7.22. Оптическая передача сигналов
1 — световой датчик; 2 — гибкий световод; 3 — приемник
421

Рис. 7.23. Сетевые фильтры для однофазного (а, б) и трехфазного (в) пи-
тания
комендуется использовать агрегат двигатель — генератор (асин- !
хронный двигатель с синхронным генератором со стабилизиро-
ванным напряжением). При этом дополнительная инерционная
масса может сглаживать кратковременные провалы напряже- J
ния сети, а при полном исчезновении напряжения сохранять до-ЛИ
статочно энергии до завершения необходимых вычислительных^И
и управляющих операций;	|^В
принимается максимально большое расстояние между прово-ТИ1
дами системы питания и сигнальными проводами как в шкафах
управления, так и в кабельных каналах;
используются отдельные блоки питания для аналоговых и
дискретных функциональных устройств, а также для усилителей
мощности и для преобразующих устройств или хотя бы питание
через гальванически развязанные вторичные обмотки распреде-.
лительного трансформатора (рис. 7.24);	;
участки сети выполняются помехозащищенными (емкостный
экран между обмотками трансформатора, фильтрующие и сгла-
живающие устройства с хорошими частотными характеристи-
ками);	j
применяются максимально короткие, низкоомные провода!
системы питания электронных устройств с минимальным волно-
вым сопротивлением Zw. Это достигается путем использования!
Рис. 7.24. Питание элементов автоматики
422

Рис. 7.25. Причины возникновения паразитных токов isi и tsa в сигнальных
проводах при заземленном общем проиоде
1 — входной каскад; 2 — общий провод; 3 — заземляющий провод; 4 — аемля
плоских лентообразных, вплотную друг к другу уложенных про-
водников с достаточным поперечным сечением, с изолирующей
прокладкой, обладающей максимальной диэлектрической про-
ницаемостью. При этом достигаются значения Zw в пределах
5—10 Ом;
используются быстродействующие, иерархически распреде-
ленные по отдельным печатным платам электронные средства
стабилизации, а также керамические вспомогательные конден-
саторы емкостью 10—22 нФ в каждой коммутируемой цепи,
чтобы ослабить воздействие динамических коротких замыканий,
возникающих во время процессов коммутации.
7.1.10.	Помехоустойчивое заземление несущих конструкций
и общего провода. В промышленных автоматизированных систе-
мах несущие конструкции из стальных листов, в которых разме-
щается электроника, по технике безопасности связаны с систе-
мой защитных проводников или с системой заземления.
В отношении помехоустойчивости практический интерес
представляет вопрос, следует ли (и каким образом) соединять
общий провод или систему общих проводов, относительно кото-
рых определяются потенциалы сигнальных проводов, с системой
защитного заземления.
Заземление общего провода может быть невыгодным, если
передача сигналов от электронных устройств обработки инфор-
мации к периферийным устройствам осуществляется с помощью
неэкранированных несимметричных проводов и последние обра-
зуют с окружающим пространством емкости (Ск\ и СК2—
рис. 7.25), которыми нельзя пренебречь. В этом случае, напри-
мер, напряжение помехи на заземляющем проводе или разность
потенциалов относительно земли, обусловленные сильными
уравнительными токами, могут вызвать паразитные токи iSi и
i82. В частности, появление тока ist может привести к возникно-
вению на резисторе Re паразитного падения напряжения us. За-
земление общего провода способствует в данном случае образо-
ванию паразитных токов и является, таким образом, нецелесо-
образным.
423

Рис. 7.26. Образование паразитных токов is при незаземлеином общем про-
воде В
G — несущая конструкция, внутри которой размещены электронные устройства; Re —
входное сопротивление помехочувствительных элементов; V — соединительная пере-
мычка между кожухом и общим проводом
W77777777777777777/77777^7-
Проводящее соединение между корпусами и общим прово-
дом целесообразно, напротив, в том случае, если между отдель-
ными частями схемы и корпусом, в котором они находятся, име-
ются большие емкости CKi и СК2 и даже очень малые напряже-
ния помех нарушают обработку сигналов. Такое явление имеет
место в шкафах, в которых размещены электронные устройства
систем (управляющие, регулирующие, вычислительные устрой-
ства). При этом внешние источники помех за счет емкостной
связи через систему питания (рис. 7.26, а) либо источники помех
внутри шкафа за счет емкостной связи через кожух и части кор-
пуса (рис. 7.26, б) могут вызывать появление паразитных токов
is. Эти токи можно устранить с помощью соединительной пере-
мычки V,. обладающей малой индуктивностью, между общим
проводом В и землей системы.
Поскольку против появления токов isi и is2 имеются эффек-
тивные меры, отраженные на рис. 7.25 (экранирование, симмет-
ричная передача сигналов, гальваническая развязка — см.
и. 7.1.3), то в несущих конструкциях с электронной «начинкой»
общий провод, как правило, соединяется с корпусом шкафа
(соединение V на рис. 7.26), в ряде случаев — через конденса-
тор емкостью 2—10 мкФ с малой индуктивностью.
В установках с несколькими агрегатами или шкафами пара-
зитная связь является минимальной, если все несущие кон-
струкции, включая токопроводящие части конструкции здания,
424

Рис. 7.27. Заземление системы автоматики
В — общий провод; G — несущие конструкции; N — нулевой провод; SL — защитный
провод
имеют одинаковый потенциал. В идеальном случае это достига-
ется за счет выполненного в форме звезды защитного провода
SL и подсоединения металлических частей конструкции здания
к системе защитных проводников (рис. 7.27). Для полной эф-
фективности этого мероприятия требуется, однако, изолирован-
ное размещение шкафов. Если это невозможно, то устранению
влияния помех могут способствовать уравнительные провода
между шкафами [7.3].
Если с целью защиты от прикосновения при больших рас-
стояниях между частями установки требуется двойное заземле-
ние или шкафы соединены с различными системами защитных
проводников, на всякий случай рекомендуется передача сигна-
лов с гальванической развязкой (см. рис. 7.7, а).
7.1.11.	Мероприятия по устранению помех в электромагнит-
ных устройствах. На обмотках электромагнитных устройств и,
таким образом, одновременно на относящихся к ним проводах
систем управления при отключении могут возникать перенапря-
жения, которые из-за очень высокой скорости нарастания на-
пряжения могут во много раз превышать номинальное
иом токе: а — резистор; б — диод; в — диод с сопротивлением; г — схема
с диодом Аваланша; д — варистор; е — диод со стабилитроном; ж — ограни-
читель перенапряжений (двусторонний селеновый стабилитрон); з — /?С-цепь;
и — диод с /?С-цепью
425

Рис. 7.29. Помехозащитные средства для устройств, работающих на перемен-
ном токе: а — резистор; б — варистор; в — встречно включенные стабили-
троны; г — селеновый ограничитель перенапряжений; д — RC-tifinv, е — RC-
цепь со вспомогательным выпрямителем; ж — /?С-варисториая цепь со вспо-
могательным выпрямителем
рабочее напряжение. Поскольку такие устройства в своей ра-
боте функционально тесно связаны с электронными устройст-
вами, рекомендуется с помощью соответствующих помехозащит-
ных средств демпфировать возможные перенапряжения, возни-
кающие при отключении, непосредственно на месте их
возникновения, чтобы этим нейтрализовать помехи, в частности
емкостные, в электронных системах.
На рис. 7.28—7.30 представлены возможные варианты поме-
хозащитных цепей для устройств, работающих на постоянном и
переменном токе (реле, пневматические контакторы, электро-
магниты, зажимные приспособления, соединительные муфты,
тормозные устройства, обмотки машин и трансформаторов). Их
особенности, области применения, а также вопросы выбора и
расчета необходимых элементов подробно описаны в литера-
туре [7.3, 7.17—7.22]. В итоге получается следующая картина.
трехфазного тока: а —
Рис. 7.30. Помехозащитные средства для устройств
резисторы; б—варисторы; в—стабилитроны; г — селеновые ограиичител
перенапряжений; д — /?С-цепи; е — /?С-цепь со вспомогательным выпрямите
лем; ж— /?С-варисторная цепь со вспомогательным выпрямителем
426

Резисторы (рис. 7.28, а; 7.29, а; 7.30, а) имеют не очень вы-
годные характеристики, их не следует рекомендовать.
Можно использовать варисторы (рис. 7.28, д; 7.29, б; 7.30, б)
и стабилитроны (рис. 7.28, е; 7.29, а; 7.30, в), однако их приме-
нение в устройствах самой малой мощности ограничено. Напро-
тив, защитные цепи с двусторонними селеновыми стабилитро-
нами (рис. 7.28, ж; 7.29, е; 7.29, ж; 7.30, е; 7.30, ж) целесооб-
разно использовать только для больших устройств и аппаратов.
Для устройств всех видов, работающих на постоянном токе,
пригодны диодные цепи (рис. 7.28, б), если при этом можно
пойти на 10—15-кратное увеличение времени возврата. При рас-
чете исходят из соотношений:
U dn > 1»5£/к; Трц > 1,5/jv,	(7.20)
где IN и UN — номинальный ток и напряжение намагничиваю-
щей обмотки рассматриваемого устройства; IFN — амплитудное
значение прямого тока через диоды; UDN — номинальное напря-
жение диодов.
Прекрасными демпфирующими свойствами и широкой об-
ластью применения для устройств как на постоянном, так и на
переменном токе обладают простые 7?С-элементы (рис. 7.28, з;
7.29, д; 7.30, д). Их особое преимущество заключается в том,
что они гасят амплитуду и скорость нарастания перенапряже-
ний, обусловленных процессами отключения. В основу расчета
их параметров R в омах и С в микрофарадах могут быть поло-
жены следующие соотношения:
для устройств и аппаратов на постоянном токе [7.3, 7.17,7.19]
7?«(1. . . 2)7?s;	IRN>UNlR;	(7.21)
С« 104Ls/«2s;	l/CN«(3. . .5)UN,	(7.22)
где IRN— номинальный ток резистора 7?; Ls — индуктивность
обмотки (в аппаратах с якорем при притянутом якоре), Гн;
7?s — сопротивление обмотки, Ом; Ucn — номинальное напря-
жение конденсатора С; UN — номинальное напряжение об-
мотки;
для устройств и аппаратов на переменном токе [7.3, 7.17]
R «(0,2. . .1)^л//н; IrN>UNIR-, (7.23)
С«(1. . . 2,5) 103/H/t/w; UCN = (1,5.   2) UN, (7.24)
где IN — удерживающий ток рассматриваемого аппарата, А;
Irn — номинальный ток резистора R; Ucn — номинальное на-
пряжение конденсатора С; UN — номинальное напряжение об-
мотки, В. Указания по расчету 7?С-цепей для устройств трех-
фазного тока даны в работе [7.17].
Специально для устранения помех в коммутационных аппа-
ратах постоянного тока предназначена 7?С-диодная схема, по-
казанная на рис. 7.28, и [7.23]. Она не допускает низкочастот-
ных колебаний тока и предотвращает, таким образом, вторич-
ное притяжение якоря аппарата после его отключения.
427

7.1.12.	Мероприятия по подавлению помех в вентильных пре-
образователях. Вентильные преобразователи вследствие проис-
ходящих в них коммутационных процессов оказывают на сеть
возмущающее воздействие, которое проявляется, в частности,
в том, что на сеть налагаются напряжения помех с большими
значениями dujdt, а также токи, характеризуемые большими
значениями di/dt (см. рис. 3.16 и 3.19).
Кроме того, преобразователи в сочетании с необходимыми
для их защиты цепями могут вызывать высокочастотные (по-
рядка мегагерц) помехи. Поэтому сигнальные провода следует
особенно тщательно изолировать от таких проводов питания, ко-
торые связаны с преобразователями. Воздействие преобразова-
телей на сеть можно уменьшить с помощью следующих мер
[7.23—7.27]:
увеличения пульсности;
применения последовательных резонансных отсасывающих
LC-цепей, согласованных с параметрами соответствующих выс-
ших гармоник (см. § 3.2);
последовательного управления преобразователями;
использования высокочастотных фильтров для подавления
помех.
7.1.13.	Проверка помехоустойчивости. В ходе проектирова-
ния и изготовления электронных устройств автоматики жела-
тельно с помощью измерительной техники проверить их помехо-
устойчивость на лабораторном образце, головном образце и на
готовом изделии.
Для характеристики помехоустойчивости по отношению
к внутренним возмущениям рекомендуется проверить работу си-
стемы при экстремальных значениях температуры и параметров
напряжения питания, хотя при уменьшении напряжения пита-
ния уменьшается и отношение сигнал-шум (см. рис. 7.1). Воз-
никающие при этом нарушения работы системы позволяют су-
дить о том, какие устройства наиболее подвержены действию
возмущений.
Проверка помехоустойчивости в отношении внешних воздей-
ствий целесообразна только в том случае, если имеются в виду
конкретные условия эксплуатации. Для этого требуются: ин-
формация о типе и интенсивности возникающих в месте экс-
плуатации помех на основе опыта, оценок или соЪтветствующих
измерений; моделирующие установки, способные воспроизвести
эти помехи в лабораторных условиях.
Соответствующие вопросы рассмотрены в работах [7.28—
7.30,7.49].
7.2.	МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ ГОТОВНОСТИ И НАДЕЖНОСТИ
АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
7.2,1.	Основные параметры, характеризующие готовность. Автоматизиро-
ванные машины и установки являются ремонтируемыми системами, состоя-
ние которых может быть различным в зависимости от времени, прошедшего
428

о
Z(t)
s.
ТЛ1
S2
7л2
1-й отказ	2-йотказ
Начало эксплуатации
S3
?аз
3-й отказ
s„ t
Рис. 7.31. Зависимость работоспособности автоматической системы от вре-
мени
,,, I 1, если система работоспособна
j о, если система неработоспособна
с начала эксплуатации (рис. 7.31). Иначе говоря, они после ввода в эксплуа-
тацию на протяжении определенного времени 01 являются работоспособными,
затем выходят из строя; если они в последующий период времени Т Ai снова
ремонтируются, то в течение времени 02 они опять работоспособны; затем
вновь выходят из строя, снова ремонтируются и т. д. Надежность таких
систем характеризуется их коэффициентом готовности
О	1
V» = -----Z__ =-------А----- ,	(7.25)
0 + Тд	1+(Тд/9)
где 0 •— средняя наработка на отказ; Та — среднее время восстановления
(средняя продолжительность отказа). (Время, затрачиваемое на профилак-
тический ремонт, не учитывается.)
Для получения максимально высокого значения коэффициента готовно-
сти VD в процессе проектирования, изготовления, испытания, наладки и при
эксплуатации таких систем необходимо путем различных мероприятий, обес-
печивающих надежность [7.31], создать такие предпосылки, чтобы параметр
0 имел максимальное, а параметр Та — минимальное значение. Для дости-
жения этой цели существенное значение имеют технические и технологиче-
ские аспекты, а также вопросы организации работы.
Ниже излагаются мероприятия, позволяющие получить большие значе-
ния средней наработки на отказ 0 и малые значения среднего времени вос-
становления Та устройств автоматики [7.32].
7.2.2.	Мероприятия по повышению средней наработки на отказ. Если за
основу расчета значения 0 взять простейшую модель (последовательное со-
единение элементов, при котором система выходит из строя при отказе
одного из них), а интенсивность отказов элементов принять постоянной, то
справедливо следующее выражение:
0 = J .......,	(7.26)
У, hi
i=l
где X,— интенсивность отказов i-ro элемента системы; п — число элементов
в системе.
Требование получения максимального значения 0 предполагает:
а)	использование минимального числа элементов системы п, т. е. огра-
ничение числа элементов (функциональных и соединительных) до значения,
безусловно необходимого для работы системы;
б)	обеспечение минимального значения интенсивности отказов элементов
Л, путем:
использования высококачественных компонентов системы (элементы, узлы,
устройства), прошедших испытания в условиях, аналогичных условиям экс-
плуатации;
применения в случае необходимости цредварительно состаренных компо-
нентов, которые уже не подвержены преждевременным отказам;
429

Рис. 7.32. Временные характеристики отказа системы
Тд—время восстановления (продолжительность отказа); Тр — время поиска неисправ-
ности; время ремонта; время простоя до начала ремонта; Ту?— время ожи-
дания до начала ремонта
использования несоприкасающихся и бесконтактных элементов, в част-
ности при высоких требованиях к надежности или при очень частых пере-
ключениях;
точного соблюдения установленных изготовителями правил эксплуатации
элементов и устройств;
правильного определения параметров элементов системы для предотвра-
щения их перегрузки во время работы;
намеренного выбора параметров с запасом (и, следовательно, недогрузки
в процессе эксплуатации) для элементов, имеющих особое значение в обес-
печении работы системы и ее надежности, или для элементов, которые дол-
жны быть использованы в случае отсутствия резервных элементов, однако
имеют высокую интенсивность отказов;
использования обычно имеющегося резерва, например с помощью парал-
лельного включения свободных контактов (в штепсельных разъемах, реле и
контакторах), группового размещения элементов, например датчиков, рабо-
тающих в неблагоприятных условиях, установленных в труднодоступных ме-
стах или замена которых требует значительного времени;
применения современной техники соединений (например, накрутки вместо
пайки);
рационального конструктивного размещения элементов системы, а также
осуществления мер защиты от химических, механических, электрических и
тепловых воздействий и от загрязнения элементов системы;
обеспечения необходимой вентиляцией, которая позволила бы избежать
аккумуляции тепла и местных перегревов в закрытых конструкциях (шкафы,
пульты и т. п.);
обеспечения учитывающих требования надежности технологии изготовле-
ния, транспортировки, монтажа, испытания и наладки, что позволяет избе-
жать ненужной нагрузки элементов системы, например частых манипуляций
вставными блоками.
Поскольку при определенном уровне развития техники для реализации
некоторой заданной функции системы необходим определенный минимум
элементов и их соединений, а интенсивность отказов определяется поколе-
нием элементов, а также выбранной техникой соединений, увеличение значе-
ния О при полном исчерпании всех перечисленных путей уменьшения интен-
сивности отказов возможно, естественно, также лишь до определенных пре-
делов.
Рис. 7.33. Фрагмент релейной схемы управления с контрольными точками
(цепями) [7.33] -+
430

43 f

Рис. 7.34. Регулятор электропривода с контрольными клеммами [7.34], на-
пример, для подключения диагностирующей ЭВМ [7.38]
Резервы повышения готовности системы, используемые в настоящее время
еще далеко не полностью, заключаются в управлении значением среднего
времени восстановления Та.
7.2.3.	Мероприятия по сокращению времени восстановления. Рнс. 7.32
поясняет некоторые временнйе характеристики, относящиеся к отказу си-
стемы.
Время восстановления (продолжительность отказа) Та включает в себя
отрезки времени Ts и Т R. Время Ts представляет собой промежуток времени
от момента отказа до начала ремонта. Оно определяется в основном орга-
низацией службы ремонта, т. е. его величина зависит от того, как происхо-
дят подача, передача и обработка сигнала о неисправности, имеется ли на
предприятии и где расположена служба ремонта или же нужно пользоваться
помощью сторонней службы и какие договорные обязательства имеются на
этот счет.
Время ремонта TR охватывает промежуток времени между началом ре-
монта и моментом восстановления работоспособности рассматриваемой си-
стемы. Оно включает в себя время поиска неисправности Tf, которое при
начале ремонтных работ тратится прежде всего на обнаружение причины
нарушения нормальной работы системы. При интуитивном поиске неисправ-
ностей это время может составлять 60—80 % от продолжительности ремонта
Сокращения времени ремонта TR можно достичь следующими мероприя-
тиями:
а)	рациональным схемотехническим н конструктивным исполнением си-
стемы, т. е.
за счет создания четкой, разделенной на блоки и модули, по возмож-
ности иерархически организованной структуры системы с однозначно опреде-
ленным интерфейсом между отдельными подсистемами;
за счет проектирования удобных для контроля схем, продуманного раз-
мещения легкодоступных точек для контроля и диагностики, чтобы в случае
возникновения неисправности легко и быстро получить информацию о состоя-
нии отдельных элементов и блоков, например чтобы в релейных схемах уп-
равления с незначительной затратой времени проконтролировать состояние
отдельных реле и работоспособность децентрализованно расположенных
в установке командных выключателей, выключателей предельных значений и
других элементов (рис. 7.33) [7.33] или чтобы проверить в аналоговых регу-
ляторах заданные и истинные значения регулируемых величии, к примеру
важные для оценки работоспособности значения сигналов (рис. 7.34) [7.34];
432

LfL2L3
Рис. 7.35. Электропривод постоян-
иого тока шпинделя металлорежу-
щего станка с устройствами кон-
троля н защиты [7.35]
А — устройство контроля паспортного
значения частоты вращения, вызывающее
немедленное отключение привода при от-
клонении от этого значения; В — индика-
тор сСкорость обработки достигнута»,
который после достижения заданной ча-
стоты вращения шпинделя разблокирует
привод подачи (повышение качества об-
работки!); С — устройство ограничения
тока в функции частоты вращения, разре-
шающее работу двигателя в каждой ра-
бочей точке с максимально допустимым
током (коммутация!); D—устройство
контроля блокировки (запрет иа враще-
ние шпинделя при превышении уровня
ограничения тока), вызывающее немед-
ленное отключение привода; Е — интегра-
тор сигнала задания тока (задатчик ин-
тенсивности), препятствующий появлению
толчков момента в коробке скоростей
после реверса вращающего момента; F —
устройство ограничения скорости изменения
равления и регулирования п
тока якоря двигателя; G — устройство уп-
швода; Н — преобразователь
путем использования легкодоступных, проверяемых на месте и легко за-
меняемых элементов системы, а также за счет удобного для ремонта распо-
ложения таких элементов, которые должны быть использованы лишь по не-
обходимости, однако имеют относительно высокое число отказов или подле-
жат периодическому обслуживанию;
за счет рационального размещения схем контроля и оптических средств
индикации протекания производственного процесса и состояний наиболее
важных входных н выходных устройств для своевременной сигнализации
о возникновении аварий и быстрого и надежного выявления элементов и
устройств, являющихся причиной неисправности; большое значение имеет
при этом использование светодиодов и других оптоэлектронных элементов;
путем применения схем защиты, уменьшающих риск и размеры ущерба,
наносимого отказами, и, таким образом, косвенно сокращающих время ре-
монта и обеспечивающих в целом более экономичную эксплуатацию автома-
тизированной системы; такими схемами защиты являются, например, устрой-
ства для контроля паспортного значения частоты вращения и контроля
блокировки в главных электроприводах станков, которые при несоблюдении
Рис. 7.36. Трех двигательный электропривод реверсивного стана холодной
прокатки [7.36]
м
2-й дви-
гатель
f-u дви-
гатель
Зи дви-
гатель

15 Заказ № 1446
433

паспортного значения или при блокировке шпинделя осуществляют немед-
ленное отключение (рис. 7.35); к ним, кроме того, относятся двух- или трех-
канальные структуры с контролем по принципу «исключающее ИЛИ» либо
«2 из 3» особенно важных систем управления и регулирования; предохрани-
тельную функцию имеют также (например, в станах холодной прокатки
[7.36]) распределение необходимой мощности привода на несколько отдельно
питаемых двигателей и применение такой надежной логической схемы регу-
лирующего устройства, чтобы при отказе одного блока питания двигателя
неповрежденная часть системы привода могла с повышенной нагрузкой про-
должать работу или останавливала установку (рис. 7.36);
за счет ограничения многообразия схемотехнических и конструктивных
вариантов для облегчения работы ремонтного и обслуживающего персонала;
путем использования рационального обозначения зажимов и других ча-
стей системы, а также отчетливых надписей на конструктивных элементах
для удобства пользования технической документацией;
б)	рациональным составлением, т. е. разработкой по единым критериям,
достоверной и удобной в использовании документации системы, которая
дает представление, особенно в больших управляющих установках, не только
о свойствах структуры (о соединении и конструктивном" расположении эле-
ментов системы), но и о функциях управляющей системы;
в)	применением средств контроля и вспомогательных диагностирующих
устройств [7.33, 7.37], в частности диагностирующих ЭВМ [7.38], которые ре-
гистрируют текущее и предыдущее состояния системы и используют эти дан-
ные для диагностики, а, также применением системных, удобных дли прак-
тического использования методов диагностики и локализации неисправностей
[7.33, 7.39—7.47], соответствующих техническим возможностям и уровню
классификации персонала, занимающегося ремонтом;
г)	целенаправленным обобщением данных об отказах, а также осно-
ванным на этом предварительным резервированием и удобным размещением
запасных частей.
Конкретные примеры последовательного использования этих рекоменда-
ций даны в работах [7.33, 7.36, 7.48].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
К ГЛАВЕ 2
2.1.	Habiger Е. Einige grundsatzliche Uberlegungen zur Formalisierung
und Effektivierung des Entwurfs automatisierter Elektroantriebe.— Wiss.
Zeitschr. Techn. Universitat Dresden, 27, 1978, H. 2, S. 383—390.
2.2.	Perschel M., Riedel C. Polyoptimierung.— Berlin: VEB Verlag Tech-
nik, 1975.
2.3.	Hansen F. Konstruktionssystematik.—Berlin: VEB Verlag Technik,
1965. Русский перевод: Хаизен Ф. Основы общей методики конструирования.
Систематизация конструирования.— Л.: Машиностроение, 1969.— 166 с.
2.4.	Hansen F. Konstruktionswissenschaft, 2. Aufl.— Berlin: VEB Verlag
Technik, 1976; Munchen: Carl Hanser Verlag.
2.5.	Haustein H.-D., Hartmann W.-D. Verfahren der okonomischen Be-
wertung.— Berlin: Verlag Die Wirtschaft, 1975.
2.6.	Sozialistische Betriebswirtschaftslehre fiir Ingenieure.— Berlin: Ver-
lag Die Wirtschaft, 1978.
2.7.	TGL 29432. Rahmenmethodik zur Bewertung der Qualitat industriel-
ler Erzeugnisse.
2.8.	Reinisch K. Theoretische Grundlagen der automatischen Steuerung.
Bd. I. Kybernetische Grundlagen und Beschreibung kontinuierlicher Syste-
me.— Berlin: VEB Verlag Technik, 1974. Русский перевод: Райииш К. Ки-
бернетические основы и описание непрерывных систем.— М.: Энергия, 1978.—
456 с.
2.9.	Schlitt Н. Stochastische Vorgange in linearen und nichtlinearen
Regelkreisen.— Berlin: VEB Verlag Technik, 1968; Wiesbaden: Vieweg &
Sohn, Verlagsges, GmbH, 1967.
2.10.	Giloi W. Simulation und Analyse stochastischer Vorgange.
2.	Aufl.— Munchen: R. Oldenbourg Verlag, 1970.
2.11.	Buchner P. Uber die Wechselwirkung thyristorgespeister Gleich-
stromantriebe mit dem resonanzfreien Drehstromnetz.— ELEKTRIE, 30, 1976,
H. 1, S. 47—50.
2.12.	Kloeppel F. W. Planung und Projektierung von Elektroenergiever-
sorgungssystemen.— Leipzig: VEB Deutscher Verlag fiir Grundstoffindust-
rie, 1974.
2.13.	Schleuter W. MeBgerat zur Bestimmung der Netzriickwirkungen von
Stromrichtern.—ETZ-A 99, 1978, H. 1, S. 5—8.
2.14.	Weiler J. Oberschwingungsanalyse in der elektrischen Energietech-
nik.—Bull. SEV, 66. 1975, H. 24, S. 1372—1376.
2.15.	Wehrli B. Oberschwingungsanalysator fur diskrete Netzoberwel-_
len — Bull. SEV 66, 1975, H. 24, S. 1377—1380.
2.16.	Woschni E.-G. Information und Automatisierung.— Reihe Automa-
tisierungstechnik. Bd. 98.— Berlin: VEB Verlag Technik, 1970.
2.17.	Benz C. Uber die Reaktionszeit aus antropotechnischer Sicht.— Re-
gelungstechn. Praxis, 13, 1971, H. 4, S. 123—126.
2.18.	Rotheiler E., Wenzlau P. Die bedienungsgerechte Gestaltung von
Schaltanlagen. Teil I u. Teil II.— Der Elektro-Praktiker, 31, 1977, H. 1,
S. 17—22; H. 2, S. 53—57.
2.19.	Neumann J., Timpe К. P. Psychologische Arbeitsgestaltung.— Ber-
lin: VEB Deutscher Verlag fur Wissenschaften, 1976.
15*	435

2.20.	Schwarze G. Grundbegriffe der Automatisierungstechnik. 5. Aufl.—
Reihe Automatisierungstechnik, Bd. 1.— Berlin: VEB Verlag Technik, 1973.
2.21.	Lauber R. Strukturen von Automatisierungssystemen.— Rechentech-
nik, 16, 1968, H. 9, S. 395.
2.22.	N. N. Dezentralisiertes, digital arbeitendes Automationrungssy-
stem.— Elektronik, 25, 1976, H. 3, S. 30.
2.23.	Krause J., Miinch I. Thyristorstromrichteranlagen groBer Leistung.—
Der VEM-Elektro-Anlagenbau, 9, 1973, H. 3, S. 121—127.
2.24.	Berger Th. Analyse des Spielverlaufs als Grundlage fur die Mo-
tordimensionierung.— ELEKTRIE, 28, 1974, H. 9, S. 481.
2.25.	Berger Th. Dimensionierung von Drehstrom-KurzschluBlaufermoto-
ren fiir periodischen Betrieb mit Einflufi des Aniaufs und der Bremsung auf
die Erwarmun.— ELEKTRIE, 28, 1974, H. 5, S. 261.
2.26.	TGL 20675. Rotierende elektrische Maschinen.
2.27.	Kloeppel F. W., Pfeiler V. Grundsatzliche Aspekte zur Spannungs-
wahl bei Niederspannungsanlagen fiir die Elektroenergieverteilung in In-
dustriebetrieben.—ELEKTRIE, 22, 1968, H. 2, S. 43—50.
2.28.	Buchner P. Uber die Wechselwirkung thyristorgespeister Gleich-
stromantriebe mit dem resonanzfreien Drehstromnetz.— ELEKTRIE, 30, 1976,
H. 1, S. 47—50.
2.29.	TGL 200—0608. Stromrichteranlagen, Gerate und Stromrichter.
2.30.	Forster J. Zur Stromrichter-Netzbelastung.— ETZ-A, 96, 1975, H. 1,
S. 52—57.
2.31.	Forster J. Grundsatzliches zur Stromrichter-Netzbelastung.— Wiss.
Ber. AEG-Telefunken, 49, 1976, H. 4/5, S. 198—203.
2.32.	Steeper D. E., Stratford R. P. Reactive compensation and harmonic
suppression for industrial power systems using thyristor converters.— IEEE
Trans. Ind. Appl., IA-12, 1976, Nr. 3, S. 232—254.
2.33.	Chit A., Horn W., Utecht H. Grenzen der dynamischen Wirkungs-
weise ruhender Blindleistungskompensationseinrichtungen.— Techn. Mitt.
AEG-Telefunken, 65, 1975, H. 6, S. 205—210.
2.34.	Pfeiffer E. Netzriickwirkungsfreie Leistungssteuerung.— ETZ-B 28,
1976, H. 10, S. 297—300.
2-35.	Солодухо Я. Ю. О влиянии вентильного электропривода на питаю-
щую сеть.— Электротехника, 1974, № 10, с. 35—38.
2.36.	Seefried Е. Einsatzbedingungen und Schutzprobleme bei Strom-
richterantrieben groBerer Leistung.— 3. Leistungselektronik-Konferenz, Buda-
pest, 1977.
2.37.	Elemente und Systeme fiir den Schutz von Thyristorantrieben/
Krylov S. S. u.a.— IV. RGW-Konferenz fiber automatisierte Elektroantriebe,
Karl-Marx-Stadt, 1976.
2.38.	Elektronischer Uberstromschutz fur Stromrichter groBer Leistung/
Kronberg M. u.a.—ELEKTRIE, 30, 1976, H. 6, S. 331 u. 332.
2.39.	Stahn A. Probleme der Uberlastung leistungselektronischer Anla-
gen.— ELEKTRIE, 28, 1974, H. 8, S. 417.
2.40.	Hengsberger, Wiegand. Schutz von Thyristor-Stromrichtern groBe-
rer Leistung.—ETZ-A, 86, 1965, H. 8, S. 263—268.
2.41.	Knapp P. Schutz der Halbleiter in Leistungsstromrichtern.— Techn.
Rundschau, 59, 1967, H. 15, S. 25.
2.42.	Kiimmel F. KurzschluBschutz von Thyristorstromrichtern in Drei-
phasen-Briickenschaltung.— ETZ-A, 86, 1965, H. 4, S. 102.
2.43	Anschutz H. Schutz von Gleichstrommotoren im Industriebetrieb.—
BBC-Nachrichten, 1973, H. 3/4, S. 78.
2.44.	Oessingmann D. Fragen zum Motorschutz von NS-Drehstrommo-
toren.— Der Elektro-Praktiker, 27, 1973, H. 8, S. 254—256.
2.45.	Franken H. Motorschutz — Berlin, Gottingen, Heidelberg: Springer-
Verlag, 1962.
2.46.	Kaiser H. Kaltleiter fur den Ubertemperaturschutz.— Siemens-Z.,
42, 1968, H. 9, S. 793—796.
436	J

2.47.	Habiger E., Неб К. Der Programmablaufplan — ein "Hilfsmittel zur
systematischen Fehlerortung in industriellen Steuerungen.— ELEKTRIE, 27,
1973, H. 12, S. 634—636.
2.48.	Stiirz H., Cimander W. Automaten — Theorie und Anwendung in
der digitalen Schaltungstechnik. 2. Aufl.— Berlin: VEB Verlag Technik, 1975.
2.49.	Zander H.-J. Entwurf von Folgeschaltungen. Reihe Automatisie-
rungstechnik. Bd. 158, Berlin: VEB Verlag Technik, 1974.
2.50.	Weber К Zur Rationalisierung der Projektierung konventioneller
Werkzengmaschinensteuerungen.— Messen, Steuern, Regeln, 19, 1976, H. 10,
S. 232—236.
2.51.	Добролюбов А. И., Акуновнч С. И. Автоматизация проектирования
систем управления технологическими машинами.— М.: Машиностроение,
1974,—223 с.
2.52.	Zahn W., Hunger К. Entscheidungstabellen—eine Methode zur
Systembeschreibung technologischer Prozesse.— Der VEM-Elektro-Anlagen-
bau, 7, 1971, H. 4, S. 156—162.
2.53.	Mockel M. Erfahrungen beim Einsatz von Entscheidungstabellen.—
Rechentechnik/Datenverarbeitung, 9, 1972, H. 3, S. 16—19.
2.54.	Knoch W. Entscheidungstabellen und ihre praktische Anwendung.—
Rechentechnik/Datenverarbeitung, 10, 1973, H. 12, S. 33—37.
2.55.	Englien M. Entscheidungstabellentechnik — Stand und Anwendung
bei der Analyse diskreter Systeme.— Die Technik, 31, 1976, H. 6, S. 278—379.
2.56.	Krause J. Lineare SignalfluBgraphen in der Antriebstechnik.—
ELEKTRIE, 22, 1968, H. 7, S. 275—278.
2.57.	KHlenberg H. Verhaltensbeschreibung von Schaltsystemen mit
Hilfe von Programmablaufgraphen.— Messen, Steuern, Regeln, 19, 1976, H. 6,
S. 197—201.
2.58.	Elektronische Steuerungssysteme fiir verfahrenstechnische Anwen-
dungen/ Vollmeyer A. u.a.— Berlin: VDE-Verlag GmbH, 1975.
.2.59	. Wendt S. Petri-Netze und asynchrone Schaltwerke.— Elektronische
Rechenanlagen, 16, 1974, H. 6, S. 208—216.
2.60.	Habiger E., Неб К. Zur Funktionsbeschreibung industrieller Steue-
rungen mit fester logischer Struktur.— ELEKTRIE, 27, 1973, H. 7, S. 358—
362.
2.61.	Habiger E., Неб К- Der Programmablaufplan — ein effektives Ar-
beitsmittel fiir die Planung, Projektierung, Beschreibung, Prtifung, Inbetrieb-
nahme und Wartung industrieller Steuerungen.— Der VEM-Elektro-Anlagen-
bau, 12, 1976, H. 1, S. 1—9.
2.62.	Tilloid J. Der PriifprozeB — ein wesentlicher Teil des Fertigungs-
prozesses numerischer Steuerungen der dritten Generation.— Der VEM-Elek-
tro-Anlagenbau, 9, 1973, H. 4, S. 151—156.
2.63.	Taschenbuch Automatisierungs- und Elektroenergie-Anlagen/ Auto-
renkollektiv.— Berlin: VEB Verlag Technik, 1977.
2.64.	HeB K-, Arnold P. Optimale Gestaltung des Prtifablaufs bei indu-
striellen Steuerungen.— Der Elektro-Praktiker, 29, 1975, H. 3, S. 100—102.
2.65.	Metzner H., Schmidt G. Inhalt und Aufbau von Bedienanweisun-
gen.— Arbeit u. Arbeitsrecht, 26, 1971, H. 16, S. 483—487.
2.66.	Metzner H., Schmidt G. Bedienanweisungen — Hinweise zu ihrer
ubersichtlichen und verstandlichen Gestaltung.— Arbeit u. Arbeitrecht, 26,
1971, H. 17, S. 521—524.
2.67.	Metzner H., Schmidt G. Uber zweckmassige Darstellungsformen von
Bedienanweisungen.— Arbeit u. Arbeitsrecht, 27, 1972, H. 5, S. 135—139.
2.68.	Prinzipien fur die Ausarbeitung von Bedienanweisungen/ MeTZ-
ner H. u.a.— Arbeit u. Arbeitsrecht, 28, 1973, H. 2, S. 43—46.
2.69.	Worgitzki A. Ausarbeitung von Bedienanweisungen.— Der Elektro-
Praktiker, 28, 1974, H. 1, S. 13—14.
2.70.	Janow J. I. Uber logische Schemata von Algorithmen.— Probleme
der Kybernetik. Bd. 1.— Berlin: Akademie-Verlag, 1962.
437

К ГЛАВЕ 3	I
3.1.	Kiimmel F. Elektrische Antriebstechnik.— Berlin, Heidelberg, New
York: Springer-Verlag, 1971.	t!’
3.2.	VEM-Handbuch Die Technik der elektrischen Antriebe — Grundla-
gen/ VEM-Kollektiv (red. Ltg. Schonfeld R.). 7. Aufl.—Berlin: VEB Verlag
Technik, 1979.
3.3.	Schonfeld R. Simulation von Antriebssystemen mit Hilfe iterativer
Analogrechner.— ELEKTRIE, 31, 1977, H. 2, S. 86—88.
3.4.	Schwarz J. Das System “Netzgeloschter Stromrichter—Glattungs-
drossel — Gleichstrommaschine im nichtliickenden Betrieb”.— ELEKTRIE, 30,
1976, H. 6, S. 325—330.
3.5.	Schwarz J. Parameter netzgeloschter Stromrichter im nichtliickenden
Betrieb.— Z. el. Inform, u. Energietechnik, 6, 1976, H. 5, S. 385—405 u. 6,
1976, H. 6, S. 481—493.
3.6.	Schwarz J. Vollgesteuerte netzgeloschte Stromrichter im Liick-j
betrieb.—Arch. f. Elektrot, 58, 1976, H. 3, S. 175—184.	I
3.7.	Philipps W. Berechnung des Oberschwingungsgehaltes von Anker-I
stromen stromrichtergespeister Gleichstrommotoren.— ETZ-A 89, 1968, H. 6|
S. 126—130.
3.8.	Зборовский И. А. Метод выбора индуктивности сглаживающих реак-
торов в тиристорных электроприводах постоянного тока.— Электротехника,
1975, № 7, с. 43—46.
3.9.	Веников А. Я. Расчет суммарных затрат на двигатели и дроссели
в тиристорном электроприводе.— Электротехника, 1976, № 2, с. 29—31.
3.10.	Thyristor-Stromrichter fiir Antriebsregelungen/ Lappe R. u.a.—
Berlin: VEB Berlag Technik, 1970.
3.11.	Vogel J., Kalaschnikow V. Das stationare Kennlinienverhalten von
Thyristorstellgliedern beim Ubergang vom nichtliickenden in den liickenden
Strombereich.—ELEKTRIE, 27, 1973, H. 8, S. 410—413.
3.12.	Schonfeld R. Probleme des Einsatzes von Stromrichterantrieben
grofier Leistung am Drehstromnetz.— ELEKTRIE, 31, 1977, H. 10, S. 531—
536.
3.13.	Biichner P. Analogsimulation der Netzriickwirkungen von Strom-
richterantrieben.—ELEKTRIE, 31, 1977, H. 3, S. 139.
3.14.	Biichner P. Netzseitige Einsatzbedingungen fiir Stromrichteran-
triebe und ihre Beschreibung.— Der VEM-Elektro-Anlagenbau, 1978, H. 2,
S. 81—82.
3.15.	Новиков T. В., Иванов В. И., Андерс В. И. Особенности параллель-
ной работы электродвигателей в тяговых приводах.— Электротехника, 1977,
№ 6, с. 51—54.
3.16.	Miihlethaler Н., Pfister F. Ubersicht fiber die Empfehlungen, Rich-
tlinien und Regeln fiir den Anschlug von Geraten mit Phasenanschnitt- und
Schwingungspaketsteuerung.— Bull. SEV 68, 1977, H. 11, S. 531.
3.17.	Schmidt H. Netzriickwirkungen in einem Industrienetz mit einem
hohen Anted an Stromrichterleistung.— ETZ-A 98, 1977, H. 5, S. 341—346.
3.18.	TGL 20675. Rotierende elektrische Maschinen, Ausg. 1976.
3.19	IEC 34-1. Elektrische Maschinen, 1967.
3.20.	Cm. 2.35.
3.21.	Riickwirkender EinfluS elektrischer Einrichtungen auf das Spei-
sungsnetz/ Macat, Rehak u.a.— El. Obzor 64, 1975, H. A5, S. 289—296.
3.22.	Moeltgen G. Spannungsoberschwingungen in Drehstromnetzen in-
folge Stromrichterlast.— Siemens Forsch.- u. Entwicklg.-Ber., 3, 1974, H. 1,
S. 36—42.
3.23.	Becker H., Schultz W. Grundlagen zur Beurteilung von Ober-
schwingungsriickwirkungen in Versorgungsnetzen.—ETZ-A, 98, 1977, H. 5,
S. 335—338.
3.24.	VDE 0560. Leistungskondensatoren, Ausg. Nov. 72.
3.25.	Lacina O. Parallelgang von Gleichstromantrieben, die von Halblei-
terumformern gespeist werden.— El. Obzor, 63, 1974, H. 12, S. 725—731.
438

3.26,	Kloss A. Statistische Betrachtungen zur Oberschwingungsproble-
matik in Anlagen der Leistungselektronik.— Tagung Leistungselektronik und
geregelte elektrische Antriebe. Dusseldorf, 1974. Tagungsber. S. 611.
3.27.	Kniel R. Stochastische Betrachtungen der durch mehrere Gerate mit
Phasenanschnittsteuerung hervorgerufenen Storspannung.— SEV-Konferenz
uber Netzriickwirkungen. Ziirich, 1975.
3.28.	Chit A., Horn W. Spannungsbeanspruchung der zur Blindleistungs-
kompensation netzgefiihrter Stromrichter verwendeten Kondensatoren.—
AEG-Mitt, 66, 1976, S. 215—218.
3.29.	Chit A., Horn W. Neuzeitliche ruhende Blindleistungskompensation
fiir Industrienetze.— Techn. Mitt. AEG-Telefunken, 66, 1976, H. 7, S. 286—
290.
3.30.	Looke G. Vergleich von Kompensationsanlagen zur Blindleistungs-
kompensation (engl.).— IFAC-Symp. Diisseldorf, 1977.
3.31.	Golde E. Static convertor for compensation of reactive power.—
WELC, 1977, Moskau, paper 6.33.
3.32.	Petru C. Kompenzanf filtry PLYCOS.— Elektrotechnik (Prag), 32,
1977, H. 9, S. 269—273.
3.33.	Barnes H. C. Modeling of static shunt var systems (SVS) for sy-
stems analysis.— Cigre-paper 31.01, 1976.
3.34.	Krause J. Thyristorstromrichter in kreisstromfreier Gegenparallel-
schaltung — ELEKTRIE, 24, 1970, H. 3, S. 93—95.
3.35.	Krause J. Thyristor-Stellglieder zur Speisung von Gleichstrom-Re-
versierantrieben geringer Leistung —ELEKTRIE, 24, 1970, H. 6, S. 200—202.
3.36.	Krug H. Beitrag zur Optimierung des Drosselaufwandes bei dyna-
misch hochwertigen netzgefiihrten Umkehrstromrichtern.— ELEKTRIE, 35,
1981, H. 11 und H. 12.
3.37.	Thiel. Berechnung von Glattungsdrosseln fiir Gleichrichteranla-
gen.— Elin-Z., 5, 1953, S. 160—171; 10, 1958, S. 44—57.
3.38.	Delbom P. A., Skuncke O. Moderne Stromrichter fiir Gleichstrom-
antriebe bis zu 1200 kW.—ASEA-Zeitschrift, 20, 1975, H. 5.
3.39.	Bandel F., Beringer G. Standard-Applikation von Thyristorantrie-
ben fiir verschiedene Industriezweige.— Techn. Mitt. AEG-Telefunken, 66,
1976, H. 1, S. 9—15.
3.40.	Wokusch J. Thyristorgespeiste Hauptantriebe einer Blockstrafie im
Hiittenwerk Hunedoara.-—Siemens-Z., 43, 1969, H. 7, S. 623—629.
3:41.	Finke H., Grahn W. Stromrichterausriistungen grofier Leistung am
Beispiel der Anwendung einer Fordermaschine.— Techn. Mitt. AEG-Telefun-
ken, 66, 1976, H. 1, S. 26—30.
3.42.	Mittenzwei K-, Probst E. Thyristorgespeiste Fordermaschinen.—
BB-Mitt., 63, 1976.
3.43.	Heintze K., Wagner R. Elektronischer Gleichstromsteller zur Gesch-
windigkeitssteuerung von aus Fahrleitungen gespeisten Gleichstromtrieb-
fahrzeugen.— ETZ-A, 87, 1966, H. 5, S. 165—170.
3.44.	Brechbiihler M., Stemmier M. Probleme bei der Entwicklung und
Auslegung eines Oberleitungsversuchsfahrzeuges mit Asynchronfahrmoto-
ren.— El. Bahnen, 43, 1972, H. 5, S. 106—114.
3.45.	Nikoloff I. Stabilitatsprobleme bei Antrieben mit Gleichstromstel-
lern fiir fahrleitungsgespeiste Gleichstromtriebfahrzeuge.— ELEKTRIE, 26,
1972, H. 12, S. 369.
3.46.	Lowe T. L., Meliitt B. Thyristor chopper control and the introduc-
tion of harmonic current into track circuits.— Proc. IEE Power, 121, 1974,
H. 4, S. 269.
3.47.	Knapp P. Der Gleichstromsteller zum Antrieb und Bremsen von
Gleichstromfahrzeugen.— BB Mitt., 57, 1970, H. 6/7, S. 252.
3.48.	Vondrasek F. Die Gleichstromsteller mit drei Schwingkreisen.—El.
Obzor, 60, 1971. H. 1, S. 21—26.
3.49.	Krug H. Die Dimensionierung eines Gleichstrompulsstellers als
Stellglied fiir ein Triebfahrzeug.—ELEKTRIE, 25, 1971, H. 5, S. 167—169.
3.50.	Kahlen H. Zweipuls-Gleichstromsteller mit gemeinsamer Loschein-'
richtung.— ETZ-A, 93, 1972, H. 10, S. 556—559.
439

3.51.	Meyer M. Uber die Kommutierung mit kapazitivem Energiespei-
cher.—ETZ-A, 95, 1974, H. 2, S. 79—85.
3.52.	Soffke W. Die Optimierung des Gleichstromstellers im Hinblick
auf ein Minimum an Gewicht, Volumen und Kosten.— ETZ-A, 95, 1974,
H. 12, S. 658.
3.53.	Newly developed thyristor chopper equipment for electric rail-
cars/ Tsuboi T., Izawa S., Wajima K. u.a.— IEEE Trans. Ind. Appl., IA-9,
No. 3, S. 294.
3.54.	Mori H., Sawa K-, Imura T. Harmonic analysis of chopper con-
trolled electric rolling stock.— IEEE Trans. Ind. Appl. IA-9, No. 3, S. 302.
3.55.	Seborsky S. Analyze a synteza pulsnich menicu (Analyse und Syn-
these von Pulsstellern).— El. Obzor, 64, 1975, H. 7, S. 428—429.
3.56.	Thamm S. Einfache Pulsstromrichter fiir elektrische Antriebe.—
ELEKTRIE, 31, 1977, H. 4, S. 191—196.
3.57.	Krug H., Kastner E. Impulssteuerung von Elektroflurforderzeugen
mit Nutzbremsung.— Hebezeuge u. Fordermittel, 17, 1977, H. 4, S. 118—121.
3.58.	Schulze M. Transistor-Gleichstromantriebe fiir reaktionsschnelle
Antriebe kleiner Leistung.— ELEKTRIE, 28, 1974, H. 7, S. 368—371.
3.59.	Krug H. Die Entwiklung von Antriebssystemen mit Gleichstrom-
pulsstellern fiir Traktionszwecke.— ELEKTRIE, 24, 1970, H. 11, S. 388—391.
3.60.	Larass W., Zander H. Moderne Netzkupplungsformer.— El. Bahnen,
43, 1972, H. 6, S. 122—127.
3.61	Golde E. Netzriickwirkung von Stromrichtern zur Schlupfspeisung
von Asynchronmaschinen.— Techn. Mitt. AEG-Telefunken, 61, 1971, H. 6,
S. 324.
3.62.	Vondrasek F. Nadsynchronni polovodicovci kaskada s nezavislym
rizenim (Ubersynchrone Stromrichterkaskade mit unabhangiger Steuerung).—
El. Obzor, 66, H. 12, S. 729—736.
3.63.	Meyer M. Uber die untersynchrone Stromrichterkaskade.— ETZ-A,
82, 1961, H. 19, S. 589.
3.64.	Schonfeld R. Das Betriebsverhalten der untersynchronen Strom-
richterkaskade.— Der VEM-Elektro-Anlagenbau, 1965, H. 2/3, S. 51.
3.65.	Piskac I. Drehmomentkennlinien des Systems Asynchronmotor — un-
geregelter Stromrichter.— El. Obzor, 60, 1971, H. 12, S. 631.
3.66.	Vondrasek F. Ersatzschema eines Asynchronmotors mit einem
Gleichrichter im Ankerstromkreis.— El. Obzor, 62, 1973, H. 9, S. 529—532.
3.67.	Eiger. Schaltungsvarianten der untersynchronen Stromrichterkas-
kade.— Siemens-Z., 51, 1977, H. 3, S. 145.
3.68.	Mikulaschek F. Die Ortskurven der untersynchronen Stromrichter-
kaskade.—AEG-Mitt., 52, 1962, H. 5/6, S. 210.
3.69.	Depenbrock M. Kommutierungsverhaltnisse bei Stromrichtern mit
Widerstand und Induktivitat im Kommutierungsstromkreis.— Arch. f. Elek-
trot., 51, 1968, H. 6, S. 358—363.
3.70.	Vondrasek F. Leistungskreis des Asynchronmotors mit pulsgesteuer-
tem Widerstand im Anker.— El. Obzor, 65, 1976, H. 5, S. 276—281.
3.71.	Шинянский А. В., Абдела M. О. Расчет обратных связей для системы
асинхронного импульсно-вентильного каскада.— Электротехника, 1976, № 12,
с. 4—5.
3.72.	Мигаль В. С., Огородный А. О. О выборе величины индуктивности
дросселя в схеме асинхронного вентильного каскада.— Электротехника, 1976,
№ 12, с. 9-11-
3.73.	Freise W. Das Betriebsverhalten des Drehstromschleifringlaufermo-
tors mit Gleichrichtern im Lauferkreis—Techn. Rundschau, 55, 1963, H. 47,
S. 25/27/29.
3.74.	Schonfeld R. Die Pendelmomente der untersynchronen Stromrich-
terkaskade.— Wiss. Z. Elektrot., 9, 1967, S. 237.
3.75.	Kleinrath H. Uber die Schlupfabhangigkeit der Pulsationsmomente
einer untersynchronen Stromrichterkaskade.— Elin-Z., 1976, H. 3, S. 108—116.
3.76.	Timmel H., Kabus К. H. Bemerkung zur Zweipunkt-Geschwindig-
keitsregelung von Linearmotorantrieben.— ELEKTRIE, 28, 1974, H. 9,
S. 484—488.
440	Й

3.77.	Korb F. Einstellung der Drehzahl von Induktionsmotoren durch an-
tiparallele Ventile auf der Netzseite.— ETZ-A 86, 1965, H. 8, S. 275—279.
3.78.	Otto H. Drehzahlregelung der Asynchronmaschine durch Veran-
derung ihrer Standerspannung iiber die Anschnittsteuerung von Thyristo-
ren.— Fordern und Heben, 16, 1966, S. 679—686.
3.79.	Michel M. Die Strom- und Spannungsverhaltnisse bei der Steuerung
von Drehstromlasten fiber antiparallele Ventile.— ETZ-A, 88, 1967, H. 10,
S. 244.
3.80.	Becker U. Vergleich zwischen drei- und sechspulsigen Drehstrom-
stellern mit Thyristoren.—ELEKTRIE, 24, 1970, H. 6, S. 203.
3.81.	Gutt H. J. Bemessung stellergespeister Asynchronmaschinen fiir
biirstenlose drehzahlsteuerbare Antriebe.— Siemens-Z., 44, 1970, H. 8,
S. 531—534.
3.82.	Hoffmann D., Michel M. Vergleich der Eigenschaften der vollge-
steuerten und der halbgesteuerten Drehstromsteller-Schaltung.— ETZ-A, 92,
1971, H. 4, S. 219.
3.83.	Proske D. Ober okonomische Aspekte bei der Auswahl der Schal-
tungsvariante bei Drehstromstellern.— ELEKTRIE, 32, 1978, H. 5, S. 254—
256.
3.84.	Draeger J. Drehzahlsteuerung von Induktionsmaschinen durch
Spannungsanderung.— ETZ-B, 26, 1974, S. 574.
3.85.	Proske J. Ober die Spannungsbeanspruchung von Thyristoren beim
Abschalten von Drehstrom-Asynchronmotoren.— ELEKTRIE, 31, 1977, H. 2,
S. 97—99.
3.86.	Habiger E. Two-phase servo motors.— Berlin: VEB Verlag Tech-
nik, 1973.
3.87.	Berger Th. Einphasen-Asynchronmotoren mit Triac-Hilfsphase.—
ELEKTRIE, 24, 1970, H. 9, S. 323.
3.88.	Слежановский О. В. Современное состояние н перспективы разви-
тия электроприводов переменного тока с преобразователями частоты с непо-
средственной связью.— Электричество, 1973, № 11, с. 1—4.
3.89.	Gathmann Н. Stand der Technik und Ausblick auf dem Gebiet der
Traktion mit kollektorlosen Fahrmotoren.— ELEKTRIE, 29, 1975, H. 2, S. 89.
3.90.	Зеленое А. В., Школьников В. И. Свойства вентильных преобразо-
вателей при периодических воздействиях.— Электричество, 1971, № 3, с. 64—67.
3.91.	Kreuth Н. Р. Analyse von Stromrichtermaschinen mit Hilfe der
Z-Transformation.— ETZ-A, 92, 1971, H. 10, S. 580—581.
3.92.	Kreuth H. P. Zur Berechnung des periodisch stationaren Betriebens
von Stromrichtermaschinen.— ETZ-A, 94, 1973, H. 4, S. 227—229.
3.93.	Murphy J. M. D. Thyristor control of AC motors.— Oxford, New
York, Toronto, Sydney, Braunschweig: Pergamon-Press Ltd., 1973.
3.94.	Nitschke H. J., Putz IL Umrichter fiir Drehstromantriebe.— Techn.
Mitt. AEG-Telefunken, 67, 1977, H. 1, S. 2—6.
3.95.	Stemmier H. Speisungeiner langsamlaufenden Synchronmaschine
mit einem direkten Umrichter.— VDE-Fachtagung Eiektronik, I960, S. 177.
3.96.	Blauenstein E., Turgetto H. Der erste getriebelose Rohrmiihlenan-'
trieb.—BBC-Nachr., 1970, H. 7, S. 203.
3.97.	Riehlein D. Getriebeloser Antrieb fiir eine Zementmahlanlage.—
Siemens-Z., 45, 1971, H. 4, S. 189—191.
3.98.	Eckhardt H. K. Fourieranalyse der ideellen Spannung eines Steu-
erumrichters.— ETZ-A, 92, 1971, H. 2, S. 70.
3.99.	Salzmann. Direktumrichter und Regelkonzept fiir getriebelose An-
triebe von Rohrmiihlen.— Siemens-Z., 1977, H. 5, S. 416.
3.100.	Маепо T., Kobata M. AC commutatorless and brushless motor.—
Trans. IEEE PAS, 1972, Sept., S. 1476—1484.
3.101.	Gonda, Regasek, Dudik. Regelantriebe mit einem Synchronmotor,
der von einem Wechselrichter gespeist wird.— El. Obzor, 65, 1976, H. 3,
S. 142—149.
3.102.	Dull E. H. Der Stromrichtermotor mit gleichstromgeregeltem Pol-
rad als drehzahlgeregelter Umkehrantrieb.— Arch. f. Elektrot., 50, 1966, H. 5,
S. 297.
441

3.103.	Pellatz E. Mathematische und analogrechentechnische Systemauf-
bereitung eines Stromrichtermotors.— E u. M, 87, 1970, H. 8, S. 373.
3.104.	Pellatz E. Stabilitatsanalyse eines Stromrichtermotors.— E u. M,
88, 1971, H. 4, S. 151—158.
3.105.	Kollensperger D., Tover. Stromrichtermotoren grbfierer Leistung.—
Siemens-Z., 43, 1969, H. 8, S. 686—690.
3.106.	Habock A., Kollensperger D. Stand der Entwicklung des Strom-
richtermotors.— Siemens-Z., 45, 1971, H. 4, S. 177—179.
3.107.	Habock A., Kollensperger D. Anwendung und Weiterentwicklung
des Stromrichtermotors.— Siemens-Z., 45, 1971, H. 4, S. 180—182.
3.108.	Golz G., Grumbrecht P. Umrichtergespeiste Asynchronmaschi-
nen.—Techn. Mitt. AEG-Telefunken, 63, 1973, H. 4, S. 141.
3.109.	Habock A. Antriebe mit stromrichtergespeisten Synchronmaschi-
nen.— Neue Technik (Ziirich), 16, 1974, H. 3, S. 93—108.
3.110.	Blobelt H. J. Vorschlage zur Weiterentwicklung des elektronisch
kommutierten Gleichstrommotors.— ELEKTRIE, 29, 1975, H. 7, S. 382—384.
3.111.	Hermann R., Nestler J. Strom- und Spannungsverhaltnisse bei
emem lastgefiihrten Gleichstromrichter.— Wiss. Ber. AEG-Telefunken, 48,
1975, H. 2, S. 123—132.
3.112.	Golz G., Grumbrecht P., Hentschel F. Ober neue Betriebsarten
der Stromrichtermaschine synchroner Bauart.— Wiss. Ber. AEG-Telefunken,
48, 1975, H. 4. S. 170—180.
3.113.	Saupe R., Senger K. Maschinengefiihrter Umrichter zur Drehzahl-
regelung von Synchronmaschinen.— Techn. Mitt. AEG-Telefunken, 67, 1977,
H. 1, S. 20—25.
3.114.	Cerovsky Z., Lacina O. Eigenschaften eines Stromrichtermotors be!
Regelung auf einen konstanten Strom im Gleichstrom-Zwischenkreis.— El.
Obzor, 66, 1977, H. 3, S. 144—149.
3.115.	Seefried E. Ein Umrichter mit Gleichstromzwischenkreis zur Dreh-
zahlsteuerung von Drehstrom-Asynchronmotoren.— ELEKTRIE, 20, 1966,
H. 4, S. 150.
3.116.	Seefried E. Strome und Drehmomente eines umrichtergespeisten,
flufigeregelten Drehstrom-Asynchronmotors im stationaren Betrieb.— ELEK-
TRIE, 20, 1966, H. 8, S. 301.
3.117.	Seefried E. Frequenzumformer mit Gleichstromzwischenkreis zur
Speisung von Drehstrommaschinen.— ELEKTRIE, 23, 1969, H. 1, S. 24—26.
3.118.	Buchner P. Spannungskurvenformen selbstgefiihrter Wechselrichter
bei aktiver Last.—ELEKTRIE, 23, 1969, H. 8, S. 317.
3.119.	Biichner P. Zwei Methoden zur Analogberechnung der Strome bei
Pulswechselrichtern.—ELEKTRIE, 23, 1969, H. 9, S. 360.
3.120.	Krause, Lipo, Thomas. Analysis and simplified representations of
rectifier-inverter reluctancesynchronous motor drives.— IEEE Trans. Power
App. & Syst., PAS-88, 1969, H. 6, S. 961—970.
3.121.	Schmidt M. Erste dieselelektrische Lokomotive mit Drehstromkraft-
iibertragung.— El. Bahnen, 1971, H. 8.
3.122.	Deich C. D. Vergleich einiger Ausfiihrungsformen der Gleichstrom-
maschine mit elektronischem Kommutator.— ELEKTRIE, 26, 1972, H. 1,
S. 26.
3.123.	GieBow G., Golz G., Grumbrecht P. Drehstrom-Antriebssysteme
fiir Bahnfahrzeuge.— Techn. Mitt. AEG-Telefunken, 67, 1977, H. 1, S. 35—43.
3.124.	Beinhold G., Wegener K. Semiverter, ein Vierqiiadrantenumrichter
fiir Drehstrom-Rollgangmotoren.— Techn. Mitt. AEG-Telefunken, 67, 1977,
H. 1, S. 6—11.
3.125.	Landeck W., Putz U. Selbstgefiihrter Zwischenkreisumrichter mit
eingepragtem Strom fiir Drehstrom-Asynchronmotoren.— Techn. Mitt. AEG-
Telefunken, 67, 1977, H. 4, S. 11—15.
3.126.	Krauer O. Synchronous and reluctance motors in position servo
loops.— IEEE Trans. Ind. Appl., IA-10, 1974, H 5, S. 652—656.
3.127.	Liska M. Elektronisch kommutierte Gleichstrom-Kleinmotoren mit
Permanenterregung.— Industrie-elektrik+elektronik, 19, 1974, H. 19, S. 405—
410.	И
442	Я

3,128.	Leitgeb W. Die Maschinenausnutzung von Stromrichtermotoren
bei unterschiedlichen Phasenzahlen und Schaltungen.— Arch. f. Elektrot., 57,
1975, S. 71—84.
3.129.	Stamberger A. Thyristoren oder Transistoren fiir Kleinantriebe mit
Drehstrommotoren.— Elektronik, 25, 1976, H. 9, S. 61—64.
3.130.	Nestler J., Wrede H. Leistungstran^istoren in Stromrichtern.—
Wiss. Ber. AEG-Teletunken, 50, 1977, H. 1/2, S. 39—48.
3.131.	Sattler P. K. Parasitare Drehmomente von Stromrichtermotoren.—
ETZ-A, 88, 1967, H. 4, S. 89.
3.132.	Bystron K. Einfliisse von Strom- und Spannungsoberschwingun-
gen eines Zwischenkreisumrichters au£ Asynchronmaschinen.— Siemens-Z.,
41, 1967, H. 3, S. 244—247.
3.133.	Zweygberg S., Sokolov E. Verlustermittlung im stromrichterge-
speisten Asynchronmotor.— ETZ-A, 90, 1969, H. 23, S. 612—618.
3.134.	Robertson S. D. T., Hebbar К. H. Torgue pulsations in induction
motors with inverter drives.— IEEE Trans., IDA-7, 1971, March/Apr.,
S. 318—323.
3.135.	Liittenhaus H. J. Drehmoment-Oberschwingungen bei Stromrich-
termotoren.— Techn. Mitt. AEG-Telefunken, 65, 1975, H. 6.
3.136.	Bernat F., Hurych A., Manhova V. Berechnung der Eigenschaften
von Induktionsmaschinen, die von Wechselrichtern gespeist werden, und ihre
Anwendung fiir die neue Reihe der Maschinen M 4 A.— El. Obzor, 64, 1975.
H. 5, S. 280—285.
3.137.	Spath H. Berechnung der Strome und des Drehmoments von
Drehstromasynchronmaschinen mit Kafiglaufer im stationaren Betrieb unter
Beriicksichtigung raumlicher Feldoberwellen.— Arch. f. Elektrot., 57, 1975,
S. 165—172.
3.138.	Avadhanta T. V., Saxena R. B. Torque pulsation minimisation in
a variable speed inverter-fed induction motor drive system.— IEEE Trans.
Power App. & Syst., PAS-98, 1979, H. 1, S. 13.
3.139.	Kronberg M. Die Bemessung von Thyristoren und Dioden in
Stromrichterschaltungen zum Umformen von Gleichspannungen in dreipha-
sige Wechselspannungen.—ELEKTRIE, 20, 1966, H. 5, S. 175.
3.140.	Seefried E. Vorausberechnung der Kommutierungseinrichtung fiir
Wechselrichter mit Phasenfolgeloschung bei vorgegebenen Ventilparametern.—
Der VEM-Elektro-Anlagenbau, 3, 1967, H. 1, S. 29—35.
3.141.	Helmick G. G. Die Projektierung frequenzgeregelter Antriebe
I/П.—Control Engng. (New York), 14, 1967, H. 4/5, S. 69—71/83—84.
3.142.	Nopirakowski J. Betriebsverhalten von Wechselrichtern.— ELEK-
TRIE, 23, 1969, H. 8, S. 321.
3.143.	Backhaus G., Moltgen G. Kommutierung beim sechspulsigen
selbstgefiihrten Wechselrichter fiir Betrieb mit eingepragtem Gleichstrom.—
ETZ-A, 90, H. 14, S. 327—331.
3.144.	Klantschek H. Das Verhalten der Induktionmaschine bei Speisung
fiber Strom-Zwischenkreis-Umrichter.— ETZ-A, 95, 1974, H. 5, S. 283.
К ГЛАВЕ 4
4.1.	Grotstollen H. Zusammenhange und Kennwerte bei der Bemessung
beschleunigungsoptimaler Antriebe.-—ETZ-A, 95, 1974, H. 12, S. 663.
4.2.	Sfax E. Stand und Perspektiven der Antriebstechnik fiir Werkzeug-
maschinen.—ELEKTRIE, 30, 1976, H. 3, S. 133—135.
4.3.	Neundorf H. Impulsverteiler und Leistungsverstarker zur Steuerung
von Schrittmotoren.— ELEKTRIE, 25, 1971, H. 6, S. 218.
4.4	Neundorf H. Die Steuerung von Schrittmotoren beim Ubergang zu
Schrittfrequenzen oberhalb der Grenzkurve der Startfrequenz.— ELEKTRIE,
25, 1971, H. 10, S. 392.
4.5.	Neundorf H. Zu einigen Fragen der Auslegung und des Betriebsver-
haltens Schneller Schrittantriebe.— ELEKTRIE, 25, 1971, H. 12, S. 455.
4.6.	Neundorf H. Ein inkrementales Positionsstellsystem .mit Schrittmo-
tor.— ELEKTRIE, 26, 1972, H. 7, S. 205.
443

4.7.	Tietze E. Steuerung und Stellglieder zur optimalen Ausnutzung von
Schrittmotoren.—Elektronik, 1975, H. 8, S. 63—68.
4.8.	Budig P. K. Drehstromlinearmotoren. 2. Aufl.—Berlin: VEB Verlag
Technik; Heidelberg: Dr. Alfred Hiithig Verlag, 1980.
4.9.	Schonfeld R. Einflufi der Getriebelose auf Stabilitat und Genauig-
keit von Lageregelkreisen.— Messen, Steuern, Regeln, 8, 1965, H. 2, S. 40.
4.10.	Raatz E. Der Einflufi von Nichtlinearitaten und schwingungsfahi-
gen Elementen auf das dynamische Verhalten von geregelten Antrieben.—
E u. M, 84, 1967, H. 8, S. 350.
4.11.	Loocke G. Der Einflufi von drehelastischen Gliedern auf das Be-
triebsverhalten von Walzwerksantrieben.— Techn. Mitt. AEG-Telefunken, 58,
1968, H. 4, S. 255—258.
4.12.	Raatz E. Drehzahlregelung eines stromrichtergespeisten Gleich-
strommotors mit schwingungsfahiger Mechanik.— Techn. Mitt. AEG-Telefun-
ken, 60, 1970, H. 6, S. 369.
4.13.	Raatz E. Regelung von Antrieben mit elastischer Verbindung zur
Arbeitsmaschine.— ETZ-A, 92, 1971, H. 4, S. 211.
4.14.	Galloway L. C. Transient torsional vibrations in multiple-inertia
systems.—IEEE Trans. Ind. Appl., IA-8, 1972, Nr. 6, S. 690—696.
4.15.	Raatz E. Der Einflufi von elastischen Ubertragungselementen auf
die Dynamik geregelter Antriebe.— Techn. Mitt. AEG-Telefunken, 63, 1973,
H. 6, S. 205—209.
4.16.	Ahrens D., Raatz E. Regelungstechnische Untersuchungen von An-
trieben mit Kupplungs- oder Getriebelose.— Techn. Mitt. AEG-Telefunken, 63,
J973, H. 6, S. 210.
4.17.	Терехов В. И. О точности силовых следящих электроприводов по-
стоянного тока —Электротехника, 1974, № 10, с. 41—44.
4.18.	Schestakow W. Selbstschwingungen in Antrieben mit elastischen
Ubertragungselementen.—Wiss. Z. TH Ilmenau 21, 1975, H. 1, S. 123.
4.19.	Rofimaier W. Die Gleichstrommaschine als Stabilitatsproblem.—
Arch. f. Elektrot., 39, 1949, S. 699.
4.20.	Haier U. Der fremderregte Gleichstrommotor als Bauelement von
Drehzahlregelungen.— Regelungstechnik, 2, 1954, H. 8, S. 186.
4.21.	Buhler H. Einfiihrung in die Theorie geregelter Gleichstroman-
triebe.— Basel: Birkhauser Verlag GmBH, 1962.
4.22.	Berger Th. Das dynamische Verhalten des Gleichstrom-Reihen-
schlufimotors.—ELEKTRIE, 20, 1966, H. 9, S. 359.
4.23.	Leonhard W. Regelkreise mit gesteuertem Stromrichter als nichtli-
neares Abtastproblem.— ETZ-A, 86, 1965, H. 16, S. 513—520.
4.24.	Шипилло В. П. Вентильный преобразователь' как элемент системы
автоматического регулирования.— Электричество, 1967, № 11, с. 63—66.
4.25.	Schonfeld R. Das Stromrichterstellglied als Element geregelter
elektrischer Antriebe.— Messen, Steuern, Regeln, 13, 1970, H. 12, S. 461—463.
4.26.	Schroder D. Dynamische Eigenschaften von Stromrichter-Stellglie-
dern mit natiirlicher Kommutierung.— Regelungstechnik u. Prozefidatenver-
arbeitung, 19, 1971, H. 4, S. 155—162.
4.27.	Schonfeld R. Schnelle Antriebssysteme und Methoden ihrer mathe-
matischen Beschreibung.— ELEKTRIE, 25, 1971, H. 12, S. 448—450.
4.28.	Schonfeld R., Krug H. Naherungsverfahren zur dynamischen Be-
schreibung des Stromrichterstellgliedes.— Messen, Steuern, Regeln, 15, 1972,
H. 7, S. 246—251.
4.29.	Krug H. Das Ubertragungsverhalten von Regelkreisen mit Strom-
richterstellgliedern.—Messen, Steuern, Regeln, 16, 1973, H. 5, S. 171—174.
4.30.	Schroder D. Grenzen der Regelungsdynamik von Regelkreisen mit
Stromrichter-Stellgliedern.— Regelungstechnik u. Prozefidatenverarbeitung,
21, 1973, H. 10, S. 322—329.
4.31.	Kule L. Dynamiske vlastnosti tyristoroveho menice se sit’ ovon ko-
mutaci pfi neprerusovanych proudech a velkych skokovych zmenach fidiciho
napeti (Dynamische Eigenschaften von netzgefiihrten Thyristor-Stromrichtern
bei nichtliickendem Strom und grofien sprungartigen Anderungen dcr.. Steucr-
spannung).— El. Obzor, 64, 1975, H. 8, S. 460—464.
444

4.32.	Динамика вентильного электропривода постоянного тока/ Под ред.
А. Д. Поздеева.— М.: Энергия, 1975.— 223 с.
4.33.	Volenik J. Pfenos stejnosmerneho motoru pfi pferuso-vanem produ
(Obertragungsverhalten eines Gleichstrommotors im Liickbereich).— El. Ob-
zor, 64, 1975, H. 10, S. 584—589.
4.34.	Dynamik ventilgesteuerter Gleichstromantriebe. Teil I/П /Pos-
deev A. O. u.a.—ELEKTRIE, 31, 1977, H. 10, S. 553—556; H. 11, S. 577—
579.
4.35.	Schonfeld R. Das dynamische Verhalten des Stromrichterstellglie-
des im Liickbereich.— Messen, Steuern, Regeln, 20, 1977, H. 2, S. 79—82.
4.36.	Krapp P. Schutz der Halbleiter in Leistungsstromrichtern.— Techn.
Rundschau, 59, 1967, H. 15, S. 25; H. 25, S. 37.
4.37.	Kiimmel F. Kurzschlufischutz von Thyristor-Stromrichtern in Drei-
phasen-Briickenschaltung.— ETZ-A, 86, 1965, H. 4, S. 102.
4.38.	Hengsberger, Wiegand. Schutz von Thyristor-Stromrichtern grofierer
Leistung.—ETZ-A, 86, 1965, H. 8, S. 263.
4.39.	Willner L. Berechnung transienter Strome in netzgefiihrten 6-pulsi-
gen Stromrichtern.— Arch. f. Elektrot., 57, 1975, H. 3, S. 103—110.
4.40.	Wetzel P. Thyristorschutz mit Halbleitern, wirtschaftlich und si-
cher.— BBC-Nachr., 1977, H. 3/4, S. 152.
4.41.	Kovacs К. P., Racz I. Transiente Vorgange in Wechselstrommaschi-
nen.— Budapest: Verlag der ungarischen Akademie der Wissenschaften, 1959.
4.42.	Miiller G. Elektrische Maschinen — Theorie rotierender elektrischer
Maschinen.— Berlin: VEB Verlag Technik, 1967.
4.43.	Biihler H. Einfiihrung in die Theorie geregelter Drehstromantriebe,
Bd. 1/2.— Basel, Stuttgart: Birkhauser-Verlag, 1977.
4.44.	Schonfeld R. Das Signalflufibild der Asynchronmaschine.— Messen,
Steuern, Regeln, 8, 1965, H. 4, S. 122.
4.45.	Kaaz M. A. Impulstechnische Behandlung des Wechselrichters.—
Int. Elektronische Rundschau, 20, 1966, H. 1, S. 34.
4.46.	Seefried E. Dynamisches Betriebsverhalten des frequenzgesteuerten
Drehstrom-Asynchronmotors.— Messen, Steuern, Regeln, 11, 1968, H. 2. S. 64.
4.47.	Blaschke F., Ripperger H., Steinkonig H. Regelung umrichterge-
speister Asynchronmaschinen mit eingepragtem Standerstrom.— Siemens-Z.,
42, 1968, H. 9, S. 773—777.
4.48.	Naunin D. Die Darstellung des dynamischen Verhaltens der strom-
gespeisten Asynchronmaschine durch ein komplexes VZl-Glied.— Wiss. Ber.
AEG-Telefunken, 42, 1969, H. 1, S. 48.
4.49.	Naunin D. Die Darstellung des dynamischen Verhaltens der span-
nungsgespeisten Asynchronmaschine durch ein komplexes VZ2-Glied.— Wiss.
Ber. AEG-Telefunken, 42, 1969, H. 1, S. 53.
4.50.	Blaschke F. Das Prinzip der Feldorientierung, die Grundlage fur
die Transverktor-Regelung von Drehfeldmaschinen.— Siemens-Z., 45, 1971,
H. 10, S. 757—760.
4.51.	Flote W., Ripperger H. Die Transvektor-Regelung fiir den feldorien-
tierten Betrieb einer Asynchronmaschine.— Siemens-Z., 45, 1971, H. 10,
S. 761—764.
4.52.	Sperling P. G. Die umrichtergespeiste Asynchronmaschine im Bet-
rieb mit eingepragten Rechteckstromen.— Siemens-Z., 45,	1971, H. 8,
S. 508—514.
4.53.	Cheung W. N. Frequency response of ac-dc-convertor with constant-
current control.— Proc. IEE, 118, 1971, H. 7, S. 1242.
4.54.	Hasse K. Drehzahlregelverfahren fiir schnelle Umkehrantriebe mit
stromrichtergespeisten Asynchronkurzschlufilaufermotoren.— Rechentechnik u.
ProzeBdatenverarbeitung, 20, 1972, H. 2, S. 60.
4.55.	Leitgeb W. Zur Bemessung drehzahlveranderbarer Antriebe konstan-
ter Leistung mit stromrichtergespeisten Drehfeldmaschinen.— ETZ-A, 94,
1973, H. 10, S. 584—588.
4.56.	Spaeth H. Die Pendeleigenfrequenz am starren Netz betriebener
Drehstromasynchronmaschinenantriebe und deren Messung.— Arch. Techn.
Messen, 457, 1974, H. 2, S. 27—32.
445

4.57.	Blumenthal M. Beitrag zum feldorientierten Betrieb der Asynchron-
maschine mit eingepragtem Standerstrom.— Regelungstechnik, 1975, H. 5,
S. 158—159. .
4.58.	Kleinrath H. Das elektromechanische Verhalten der stromrichter-
gespeisten Asynchronmaschine.— Arch. f. Elektrot., 57, 1976, H. 6, S. 297—
306.
4.59.	Plunkett A. B., Lipo T. H. New methods of induction motor torgue
regulation.— IEEE Trans. Ind. Appl., IA-12, 1976, S. 47—55.
4.60.	Wachta B. Dynamisches Verhalten von Antrieben mit Drehstrom-
asynchronmotoren.— ETZ-A, 98, 1977, H. 4, S. 283—288.
4.61. Fliigel W. Erweitertes Verfahren zur dynamisch richtigen Steuerung
des Flusses bei der Drehzahlregelung von umrichtergespeisten Asynchron-
maschinen.—ETZ-A, 99, 1978, H. 4, S. 185—189.
4.62. Schonfeld R., Seefried E., Ender H. Vergleichende Betrachtungen M
zum regelungstechnischen Verhalten frequenzgesteuerter Asynchronmaschi- Я
nen.— Messen, Steuern, Regeln, 21, 1978, H. 10, S. 595—599.	Я
К ГЛАВЕ 5	I
5.1.	См. 2.8.	Я
5.2.	Kuo В. С. Automatische Steuerungs- und Regelungstechnik.— Вег- M
lin: VEB Verlag Technik,	1971.	9|
5.3.	Чаки Ф. Современная теория управления.— М.: Мир, 1975.— 424 с. М
5.4.	Zemlin Е. Grundziige des Frequenzkennlinienverfahrens.— Reihe Я
Automatisierungstechnik, Bd. 36.— Berlin: VEB Verlag Technik, 1965.
5.5.	TGL 14591. Automatische Steuerung: Begriffe, Kurzzeichen.	
5.6.	Leonhard W. Regelung in der elektrischen Antriebstechnik.— Stutt- И
gart: B. G. Teubner, 1974.	M
5.7.	Pfaff G. Regelung elektrischer Antriebe I. Eigenschaften, Gleichun- H
gen, Strukturbilder der Motoren.— Munchen: R. Oldenbourg Verlag, 1971. Я|
5.8.	Kolb O. Regelungsmethoden in der elektrischen Antriebstechnik.—
Neue Technik (Zurich), 16, 1974, H. 3, S. 75—92.
5.9.	Buxbaum A., Schierau K. Berechnung von Regelkreisen der Antriebs-
technik.— Heidelberg: Dr. Alfred Hiithig Veflag, 1974.
5.10.	Langhoff J., Raatz E. Geregelte Gleichstromantriebe in der Praxis
der Stromrichter- und Regelungstechnik.— Berlin (West): Elitera-Verlag,
1977.
5.11.	Buxbaum A. Spezielle Regelungsschaltungen der industriellen An-
triebstechnik.— Regelungstechn. Praxis, 16, 1974, H. 10, S. 255—262.
5.12.	Buxbaum A. Reglerauslegung fiir Stromrichterantriebe mit Span-
nungsregelung nach dem Stromleitverfahren.— Techn. Mitt. AEG-Telefunken,
63, 1973, H. 6, S. 222—226.
5.13.	Glattfelder A.-H. Regelungssysteme mit Begrenzungen.— Miinchen/
Wien: R. Oldenbourg Verlag, 1974.
.5.14. Neuffer. Stromrichterantriebe mit Momentenumkehr.— Siemens-Z.,
39, 1965, H. 9, S. 1079.
5.15.	Stringer L. F., Schonholzer E. T. Thyristor drive systems for metal
mill applications.— Iron and Steel Engineer, 1967, H. 3, S. 75—90.
5.16.	Schrader A. Eine neue Schaltung zur Kreisstromregelung in Strom-
richteranlagen.— ETZ-A, 90, 1969, H. 14, S. 331.
5.17.	Krause J. Zur Regelgiite von Thyristorstromrichter-Umkehrantrie-
ben.— Messen, Steuern, Regeln, 12, 1969, H. 11, S. 430.	i
5.18.	Raatz E. Betrachtungen zur Dynamik eines drehzahlgeregelten An- i
triebs mit kreisstromfreier Gegenparallelschaltung.— AEG-Mitt., 60, 1979, I
H. 6, S. 365.
5.19.	Cm. 3.34.	I
5.20.	Buxbaum A. Die Regeldynamik von Stromrichterantrieben in kreis- ।
stromfreier Gegenparallelschaltung.-—AEG-Mitt., 60, 1970, H. 6, S. 361. i
5.21.	Golde E., Riebschlager К. H. Stromregelung fiir kreisstromfreie
Stromrichterschaltung.— Techn. Mitt. AEG-Telefunken, 61, 1971, H. 2, S. 135. J
5.22.	Cm. 4.50.
446

5.23.	Blaschke F. Das Verfahren der Feldorientierung zur Regelung von
Asynchronmaschinen.— Siemens Forsch.- u. Entwicklung.-Ber., 1, 1971/1972,
S. 184—193.
5.24.	Eine neue Methode der Regelung von Drehfeldmaschinen/ Blasch-
ke F. u.a.— Siemens Forsch.- u. Entwicklg.-Ber., 3, 1974, H. 5, S. 327—332.
5.25.	Blaschke F., Strole D. Transformationen zur Entflechtung efektri-
scher Antriebsregelungen.— Regelungstechnik u. Prozefidatenverarbeitung, 21,
1973, H. 4, S. 105—109.
5.26.	Schonfeld R. Die untersynchrone Stromrichterkaskade als Regelan-
trieb.—Messen, Steuern, Regeln, 10, 1967, H. 11, S. 411.
5.27.	Alexejew V. G., Stezenko W. D., Palis F. Drehzahlregelung span-
nungsgesteuerter Asynchronantriebe mit Zweipunktverhalten.— ELEKTRIE,
31, 1977, H. 10, S. 521—523.
5.28.	Schonfeld R. Stationares und dynamisches Verhalten von Dreh-
feldmaschinen bei Speisung fiber ruhende Frequenzumformer.— ELEKTRIE,
23, 1969, H. 6, S. 248.
5.29.	Golz G., Hentschel F., Chumpitaz S. Simulation des Betriebsverhal-
tens einer umrichtergespeisten Asynchronmaschine.— Wiss. Ber. AEG-Tele-
funken, 48, 1975, H. 1, S. 20—30.
5.30.	Cm. 4.59.
5.31.	Cm. 4.57.
5.32.	Hasse K. Drehzahlregelverfahren fiir schnelle Umkehratriebe mit
stromrichtergespeisten	Asynchron-Kurzschluglaufermotoren.— Regelungstech-
nik u. Prozefidatenverarbeitung, 20, 1972, H. 2, S. 60.
5.33	Sperling P. G. Die umrichtergespeiste Asynchronmasch. im Betrieb
mit eingepragten Rechteckstromen.— Siemens-Z., 45, 1971, H. 8, S. 508—514.
5.34.	Cm. 3.112.
5.35.	Whiteley A. L. Theory of servo systems with particular reference
to stabilisation.— Journ. IEE, 93/11, 1946, S. 353—372.
5.36.	Kessler C. Ober die Vorausberechnung optimal abgestimmter Re-
gelkreise. Teil III. Die optimale Einstellung des Reglers nach dem Betrags-
optimum.— Regelungstechnik, 3, 1955, H. 2, S. 40.
5.37.	Kessler C. Das symmetrische Optimum.— Regelungstechnik, 6, 1958,
H. 11, S. 395; H. 12, S. 432.
5.38.	Leonhard W. Regelkreise mit symmetrischer Obertragungsfunk-
tion.— Regelungstechnik, 13, 1965, H. 1, S. 4.
5.39.	Kessler C. Ein Beitrag zur Theorie mehrschleifiger Regelungen.—
Regelungstechnik, 8, 1960, H. 8, S. 261.
5.40.	Latzel W. Begrenzungsregelungen.— Regelungstechnik, 12, 1964,
H. 4, S. 151; H. 5, S. 210.
5.41.	Bender K. Beschleunigungsgeregelte Antriebe in optimalen Regel-
kreisen.— Regelungstechnik u. Prozefidatenverarbeitung, 20, 1972, H. 10,
S. 423.
5.42.	Krug H. Optimierung schneller Regelkreise mit Stromrichterstell-
gliedern fiir Vorschubantriebe.— Messen, Steuern, Regeln, 20, 1977, H. 2,
S. 82—87.
5.43.	Riefenstahl U. Optimierung beschleunigungsgefiihrter Antriebe.—
ELEKTRIE, 31, 1977, H. 4, S. 181—186.
5.44.	Schwarz H. Einstellregeln fiir durch stochastische Signale erregte
Einfachregelkreise.— Regelungstechnik, 16, 1968, H. 7, S. 289—295.
5.45.	Schlitt H. Stochastische Vorgange in linearen und nichtlinearen
Regelkreisen.— Berlin: VEB Verlag Technik, 1968.
5.46.	Strole D. Antriebsregelungen mit stochastischen Storungen.— Re-
gelungstechnik, 17, 1969, H. 1, S. 22.
5.47.	Giloi W. Simulation und Analyse stochastischer Vorgange.— Miin-
chen: R. Oldenbourg Verlag, 1970.
5.48.	Leonhard W. Statistische Analyse linearer Regelsysteme.— Stutt-
gart: BG. Teubner, 1973.
5.49.	Rover W. Einstellregeln fiir stochastisch gestorte Regelkreise. Teil
I/II/IIL—Messen, Steuern, Regeln, 17, 1974, H. 4, S. 142—144; H. 5, S. 178—
180; H. 8, S. 284—286.
447

5.50.	Vockel E. Optimierung stochastisch gestorter elektrischer Antriebe.—
Messen, Steuern, Regeln, 21, 1978, H. 10, S. 599—603; H. 12, S. 699—702.
5.51.	Dietzsch G. Bemessung von Glattungsgliedern in Regelkreisen.—
Messen, Steuern, Regeln, 8, 1965, H. 9, S. 323.
5.52.	Greif H. D. Describing function method of servomechanism analy-
sis applied to most commenly encountered nonline-arities. Trans. AIEE 72,
1953, S. 243.
5.53.	Nichols N. B. Backlash in a velocity lag servomechanism— Trans.
AIEE, Part II, Bd. 72, 1954, S. 462.
5.54.	Gronner A. D. The describing function of backlash followed by a
dead zone—Trans. AIEE, Part II, Bd. 77, 1958, S. 403.
5.55.	Cm. 4.9.
5.56.	Fasel К. H. Zur Anwendung des Frequenzkennlinien-Verfahrens bei
nichtlinearen Systemen.— Messen, Steuern, Regeln, 11, 1968, H. 10, S. 366.
5.57.	Ein Frequenzkennlinienverfahren fiir Relaisregelungssysteme/ Hein-
zel W. u.a.— Regelungstechnik, 22, 1974, H. 10, S. 313—316.
5.58.	Yeung K. S. Anwendung von Frequenzkennlinien auf Regelkreise
mit zwei Nichtlinearitaten.— Regelungstechnik, 25, 1977, H. 12, S. 374—380.
5.59.	Biirklin H., Follinger O., Schmieg H. Anwendung der harmonischen
Balance auf nichtlineare Systeme mit zeitveranderlichen Parametern.— Re-
gelungstechnik, 25, 1977, H. 12, S. 370—374.
5.60.	Soffke W. Verfahren zur Bauerteilung der Stabilitat eines Regelkrei-
ses mit Gleichstromsteller.— Regelungstechnik, 24, 1976, H. 8, S. 266—271.
5.61.	Schneider G. Reglersynthese fiir Systeme mit Begrenzungen.—
Regelungstechnik, 25, 1977, H. 1—5, 7. 9—11, S. Al—A36.
5.62.	Лернер А. Я-, Розенман E. А. Оптимальное управление,—M.: Энер-
гия, 1970.— 359 с.
5.63.	Haberstock F. Entwurf und Realisierungsbedirigungen schnellig-
keitsoptimaler Lageregelungen.—ETZ, 88, 1967, H. 7, S. 172—177.
5.64.	Pavlik E. Annaherung an zeitoptimale stellgeschwindigkeits- und
stellhubbegrentze Regelungssysteme mit konventionellen Reglern.— Rege-
lungstechnik, 15, 1967, H. 7, S. 304.
5.65.	Bender K., Paunit M., Weber W. Verlustoptimale Regelung von
rotierenden Scheren. Teil I/II.— Regelungstechnik u. ProzeBdatenverarbeitung,
18, 1970, H. 12, S. 540; 19, 1971, H. 1, S. 8.
5.66.	Strobel, Kuntze. Zur optimalen Steuerung spezieller schwingungsfa-
higer Systeme.— Messen, Steuern, Regeln, 14, 1971, H. 7, S. 275.
5.67.	Krauer O. Time optimal control of a position servo.— Control
Engng., 18, 1971, H. 6, S. 59.
5.68.	TeBmer R. Untersuchung eines nach zeitoptimalen Kriterien wegge-
regelten Antriebssystems fiir rotierende Scheren.— ELEKTRIE, 27, 1973, H. 8,
S. 417.
5.69.	Kozegub P. Ch., Bogdanow R. A. Ein dem Optimum nahekommen-
des Steuerungsprinzip fiir Positionierantriebe.— ELEKTRIE, 27, 1973, H. 8,
S. 419.
5.70.	Kellner B. Berechnung optimaler Steuerungen elektrischer Antrie-
be—ELEKTRIE, 29, 1975, H. 3, S. 151—156.
5.71.	Barnard R. D. An optimum—aim control strategy for non linear
regulation systems.— IEEE Trans. Aut. Control, 20, 1975, H. 2, S. 200—208.
5.72.	Optimale Steuerung der dynamischen Betriebsarten von Vorschub-
antrieben an Werkzeugmachinen/ Poljakow L. M., Rastekorin M. P. u.a.—
Elektrotechnika (Moskau), 46, 1976, H. 2, S. 41—46.
5.73.	Leonhard W. Zeitoptimale Scherenregelung.— Arch. f. Elektrot., 58,
1976, H. 1, S. 61—67.
5.74.	Weber W. Adaptive Regelungssysteme.— Berlin: Akademie-Verlag,
1971.
5.75.	Buxbaum A. Aufbau und Funktionsweise des adaptiven Ankerstrom-
reglers.—Techn. Mitt. AEG-Telefunken, 61, 1971, H. 7, S. 371—374.
5.76.	Blaschke F., Strole D. Transformationen zur Entflechtung elektri-
scher Antriebsregelstrecken.— Regelungstechn. u. ProzeBdatenverarbeitung, 21,
1973, H. 4, S. 105—109.
448

5.77.	Strole D. Typische Adaptivsteuerungen bei geregelten elektrischen
Antrieben.— Regelungstechnik, 15, 1967, H. 3, S. 106.
5.78.	Raatz E. Der Einsatz von adaptiven Drehzahlreglern injier An-
triebstechnik — AEG-Mitt, 60, 1970, H. 6, S. 375.
5.79.	Pfaff, Scheurer. Parameterunempfindliche Regelung von Gleich-
strommotoren im Feldschwachbereich.— ETZ-A, 90, 1969, H. 16, S. 400.
5.80.	Kalaschnikow V. 1., Kozegub P. Ch-, Teflmer R. Adaptive Strom-
regler ffir Stromrichterantriebssysteme mit unterlagerter Regelung.— ELEK-
TRIE, 29, 1975, H. 5, S. 243—245.
5.81.	Seefried E. Stromregelung im Liickbereich von Stromrichter-Gleich-
stromantrieben.—ELEKTRIE, 30, 1976, H. 4, S. 185—188.
5.82.	Cerny, Subrt, Kreysa. Adaptivregelung des Stroms mittels eines
Parallelmodells.—El. Obzor, 65, 1976, H. 1, S. 39—41.
5.83.	Woschni E. G. Informationstechnik. 2. Aufl.— Berlin: VEB Verlag
Technik; Heidelberg: Dr. Allred Hiithig Verlag, 1981; 1. Aufl. Heidelberg;
Hiithig & Pflaum Verlag, 1974.
5.84.	Grubba K. Prozefinahe Signale und Funktionseinheiten.— Der VEM-
Elektro-Anlagenbau, 13, 1977, H. 2, S. 75—79.
5.85.	Schnieder E. Control of dc-drives by microprocessors.— IFAC-Sym-
posium Leistungselektronik und geregelte elektrische Antriebe. Diisseldorf,
1977, Tagungsbericht, S. 603—608.
5.86.	Reiners A., Wiegand R. Oberblick fiber Algorithmen der digitalen
Regelung.— Regelungstechnik, 24, 1976, H. 6, S. 181—188; H. 7, S. 227—232.
5.87.	Lin A. K-, Koepsel W. W. A microprocessor speed control system.—
IECI 77 Proc., 1977, S. 144—151.
5.88.	Ernsberger G. W. A microprocessor controlled positioning system uti-
lising thyristors in a reversible de drive.— IECI 77 Proc., 1977, S. 152—158.
5.89.	Burger P., Ranchinsky S. Microprocessor driven digital servo sy-
stem.—IECI 77 Proc., 1977, S. 159—163.
5.90.	Microprocessor in thyristor control application/ Rajagoplam V.
u.a.—IECI 77 Proc., 1977, S. 13—17.
5.91.	Chen A. H. A microprocessor control of a threepulse cycloconver-
ter.—IECI 77 Proc., 1977, S. 8—12.
5.92.	Bose В. K., Jentzen K. J. Digital speed control of a de motor with
phase-locked-loop regulation.— IECI 77 Proc., 1977, S. 164—167.
5.93.	Biihler E. Eine zeitoptimale Thyristor-Stromregelung unter Einsatz
eines Mikroprozessors.— Regelungstechnik, 26, 1978, H. 2, S. 37—43.
5.94.	Weinmann H. Einfiihrung in die digitale Regelungstechnik.— Elek-
tronik, 18, 1969, H. 3, S. 65—68; H. 4, S. 113—116; H. 5, S. 151—154.
5.95.	Kuo В. C. Automatische Steuerungs- und Regelungstechnik.— Ber-
lin: VEB Verlag Technik, 1971.
5.96.	FSllinger O. Lineare Abtastsysteme.— Munchen, Wien: R. Olden-
bourg Verlag, 1974.
5.97.	Follinger O. Synthese von Abtastsystemen im Zeitbereich.— Re-
gelungstechnik, 13, 1965, H. 6, S. 269—275.
5.98.	Haberstock F. Uber die Synthese von Abtastreglern fiir Regelkreise
beliebiger Ordnung.— Regelungstechnik, 13, 1965, H. 5, S. 235—239; H. 6,
S. 281—286.
5.99.	Schneider G. Reglersynthese fiir Systeme mit Begrenzungen —
Uber die Beschreibung von Abtastsystemen im transformierten Frequenzbe-
reich.— Regelungstechnik, 25, 1977, H. 9—11, S. A26—A35.
5.100.	Latzel W. Beschreibung und Dimensionierung von Abtastregelun-
gen mittels Frequenzkennlinien.— Regelungstechnik, 25, 1977, H. 2, S. 60;
H. 3, S. 88.
5.101-	Cm. 4.17.
5.102.	Петров И. И., Лурье 3. Я. Позиционные системы электропривода
класса машин по производству панелей.— Электричество, 1973, № 6, с. 30—34.
5.103.	Состояние и перспективы развития теории систем точного электро-
привода / Ковчии С. А. и др.— Электричество, 1976, № 5, с. 34—37.
5.104.	Humphrey W. Introduction to servomechanism system design.—
Englewood Cliffs, New Jersey Prentice Hall, 1973.
449

5.105.	Ahrens D., Giinther H. Elektrische und mechanische EinflufigroBen
bei Lageregelkreisen.—Techn. Mitt. AEG-Telefunken, 66, 1977, H. 6, S. 249—
255.
5.106.	Боровиков И. А., Инешин А. П., Найдис В. А. Сравнение структур
широкорегулируемых тиристорных электроприводов постоянного тока с по-
следовательной и упреждающей коррекцией.— Электричество, 1976	№ 6,
с. 59—62.
5.107-	Оптимальное управление динамическими режимами приводов сто-
лов металлорежущих станков / Л'. М. Поляков, М. П. Рашкович, В. И. Шклов-
ский и др,—Электротехника, 1976, № 2, с. 41—46.
5.108.	Davison Е. J. Multivariable tuning regulators: The feedforward
and robust control of a general servomechanism problem.— IEEE Trans.
Automat. Control, AC, 1976, H. 1, S. 35—48.
5.109.	Davison E. J. The robust decentralised control of a general ser-
vomechanism problem.— IEEE Trans. Automat. Control, AC-21B, 1976, H. 1,
S. 14—25.
5.110.	Davison E. J. The robust control of a servomechanism problem
for linear time-invariant multi-variable systems.— IEEE Trans. Automat.
Control, AC-21 B, 1976, H. 1, S. 25—35:
5.111.	Swinehart M. R. Electrical noise in machine tool controls.—
IEEE Trans. Ind. Appl., IA-8, 1972, H. 5, S. 535—541.
5.112.	Davison E. J., Constantinescu D. A describing function technique
for multiple nonlinearities in a singleloop feedback system.— IEEE Trans.
Automat. Control, AC-16, 1971, H. 1, S. 56—60.
’5.113	. Lemmrich J. Winkelregelungen von Gleichstrommaschinen mit fre-
quenzanaloger Signalverarbeitung.— ETZ-B, 27, 1975, H. 15, S. 401—404.
5.114.	Jungnickel H. PLL-Schaltungstechnik.— Radio, Fernsehen, Elektro-
nik, 25, 1976, H. 7, S. 216—219.
5.115.	Ungruh F., Jordan H, Gleichlaufschaltungen von Asynchronmoto-
ren.— Braunschweig: Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsges., GmbH, 1964.
5.116.	Schonfeld R. Die elektrische Welle als Winkelregelung.— Wiss. Z.
Elektrotechnik, 11, 1968, S. 172—188.
5.117.	Schonfeld R. Untersuchung zur Dynamik und Stabilitat der elek-
trischen Arbeitswelle.—ELEKTRIE, 1969, H. 5, S. 182—184. .
5.118.	Maier K. Adaptive control bei Werkzeugmaschinen.—Steuerungs-
technik, 2, 1969, S. 128—130.
5.119.	Kolotenkow W. F._ Adaptive control geometrischer und technolo-
gischer. Grofien beim Zerspanen.— Steuerungstechnik, 4,1971, H. 6, S. 175—182.
5.120.	Ulrich P. Adaptive Regeleinrichtungen an spanenden Werkzeug-
maschinen aus regelungstechnischer Sicht.— Fertigungstechnik u. Betrieb,
1971, H. 10, S. 599—603.
5.121.	Buxbaum A., Plaetrich H. Minimalzugregelung bei kontinuier-
lichen WarmwalzstraBen.— Techn. Mitt. AEG-Telefunken, 66, 1976, H. 6,
S. 225—261.
5.122.	Kessler G. Das zeitliche Verhalten einer kontinuierlichen elasti-
schen Bahn zwischen aufeinanderfolgenden Walzenpaaren.— Regelungstech-
nik, 8, 1960, S. 436—439; 9, 1961, S. 154—159.
5.123.	Brandenburg G. Ein mathematisches Modell fiir eine durchlaufende
elastische Stoffbahn in einem System angetriebener, umschlungener Walzen.
Teil 1—3.— Regelungstechnik u. ProzeBdatenverarbeitung, 21, 1973, H. 3—5,
S. 69, 125, 157.
5.124.	Langhoff J. Das statische und dynamische Verhalten von Bandern
in einer Beize mit Banddurchhangregelung.— Techn. Mitt. AEG-Telefunken.
63, 1973, H. 6, S. 226—232.
К ГЛАВЕ 6
6.1.	TGL 14591. Automatische Steuerung. Begriffe, Kurzzeichen.
DIN 19237. Begriffe der Steuerungstechnik.
6.2.	VEM-Handbuch Die Technik der elektrischen Antriebe. Grundlagen.
7. Aufl.— Berlin: VEB Verlag Technik, 1979.
450

6.3.	Neue Wege der elektronischen Antriebssteuertechnik/ Heckmann H
u.a.— BBC-Nachr., 56, 1974, H. 8, 9, S. 355—362.
6.4.	Lauber R. Strukturen von Automatisierungssystemen — Regelungs-
technik, 16, 1968, H. 9, S. 395—401.
6.5.	Brack G. Dynamische Modelie verfahreristechnischer Prozesse.—
Reihe Automatisierungstechnik, Bd. 115.— Berlin: VEB Verlag Technik, 1971.
6.6.	Findeisen W. Hierarchische Steuerungssysteme.— Berlin: VEB Ver-
lag Technik; Miinchen: Oldenbourg, 1977.
6.7.	Killenberg H. Verhaltensbeschreibung von Schaltsystemen mit Hilfe
von Programmablaufgraphen.— Messen, Steuern, Regeln, 19, 1976, H. 6,
S. 197—201.
6.8.	Hotes H. Digitalrechner in technischen Prozessen.— Berlin: Verlag
Walter der Gruyter & Co., 1967.
6.9.	Der Programmablaufplan— ein Mittel zur Behandlung festverdrah-
teter Prozefisteuereinrichtungen/ Backes H.-W. u.a.— BBC-Nachr., 51, 1969,
H. 12, S. 674—680.
6.10.	Backes H.-W., Neulist K. Projektierung mit dem elektronischen
Steuerungssystem sigmatronic.— BBC-Nachr., 52, 1970, H. 8, 9, S. 271—275.
6.11.	DIN 40719, Teil 6. Regeln und graphische Symbole fiir Funktions-
plane.
6.12.	Oswald H., Sauer E. Funktionsplane zur Darstellung von Steu-
erungsaufgaben.— BBC-Nachr., 56, 1974, H. 12, S. 512—517.
6.13.	Henke R. BMSR-Technik in einem Gasturbinenkraftwerk.— Techn.
Inf. GRW, 14, 1976, H. 3, S. 156—161.
6.14.	Strebel E., Menoud E. Industrieanlagen mit dem Steuerungssystem
BBC Procontric S, Projektierung und Inbetriebnahme.— BBC-Mitt, 63, 1976,
H. 5, S. 274—282.
6.15.	Deja L. N. PLC — eine freiprogrammierbare Steuerung der zweiten
Generation.— Industrie-elektrik+elektronik, 20, 1975, H. 19, S. 368—372.
6.16.	Raum K--F. Anwendungsbereich und Gestaltungsprinzipien des Re-
laissteuerungssystems IKS 500.— Der VEM-Elektro-Anlagenbau, 13, 1977,
H. 3, S. 97—99.
6.17.	IKS 500-Systembeschreibung/ Wiegand D. u.a.— Der VEM-Elektro-
Anlagenbau, 13, 1977, H. 3, S. 99—103.
6.18.	Raum K.-F., Wiegand D. Ubersicht fiber Anwendung und Gestal-
tung des Relaissteuerungssystems IKS 500.—ELEKTRIE, 32, 1978, H. 9,
S. 489.
6.19.	Killenberg H., Krapp M. Entwurf von Schaltsystemen mit Hilfe
von Zustandsgraphen. XVIII.— Int. Wiss. Kolloquium, Technische Hochschule
Ilmenau, 1973.
6.20.	Killenberg H. Eine Methode zur Berechnung der Speicheransteuer-
ungen aus einem gegebenen Programmablaufgraphen.— ZKI-Information,
1975, H. 1, S. 26—30.
6.21.	Killenberg H. Eine Entwurfsmethode fiir Schaltsysteme auf der
Grundlage von Programmablaufgraphen.— Dissertation TH Ilmenau, 1973.
6.22.	Pilz S. Zur Entwicklung der Projektierung digitaler Steuerungen.—
Messen, Steuern, Regeln, 17, 1974, H. 11, S. 382—385.
6.23.	Systematischer Entwurf “Nichtnumerischer Steuerungen”. Schu-
lungsmaterial des FZ “Fritz Heckert”, Karl-Marx-Stadt, 1977.
6.24.	Лазарев В. Г., Пийль Е. И. Синтез управляющих автоматов.— М.:
Энергия, 1978.— 408 с.
6.25.	Schubert W. Aufstellen der Automatentabelle — Grundlage eines sy-
stematischen logischen Entwurfs industrieller Steuerungen.— Messen, Steuern,
Regeln, 21, 1978, H. 1, S. 17—22.
6.26.	Zur Entwurfssystematik industrieller Steuerungen/ Backes H.-W.
u.a.—ETZ-A, 92, 1971, H. 7, S. 414—417.
6.27.	Heckmann H. Methoden fiir den Entwurf und die Dokumentation
von Anlagen der industrielen Steuerungstechnik.— VDE-Fachberichte, 26,
1970, S. 108—111.
6.28.	Weller W. Konzeption einer matrixprogrammierbaren Steuereinrich-
tung.— Messen, Steuern, Regeln, 19, 1976, H. 4, S. 141—144.
451

6.29.	Weller W. Einsatz der matrixprogrammierbaren Steuereinrichtung
bei der Rationalisierung von Produktionsprozessen.— Sozialistische Rationa-
lisierung, 1976, H. 11, S. 338—340.
6.30.	Weller W., Miihlig W. Einsatzmoglichkeiten der matrixprogrammier-
ten Steuereinrichtung MPSE-1 bei der betrieblichen Rationalisierung.— Im-
puls, 17, 1977, H. 2, S. 69—76.
6.31.	Matrixprogrammierte Steuerungen.— ETZ-B., 28, 1976, H. 13,
S. 422 u. 424.
6.32.	Wache L. SIMATIC S21, ein matrixprogrammierbares Steuerungs-
gerat.— Siemens-Z., 50, 1976, H. 4, S. 228—230.
6.33.	SIMATIC S21. Matrixprogrammierbares Steuerungsgerat fiir Ab-
laufsteuerungen. Firmenschrift E 329/1027 der Siemens-AG.
6.34.	Habiger E., Schuster K. Programmierbare Steuerungen — Grundla-
gen, technischer Stand und Entwicklungstendenzen.— Der Elektro-Praktiker,
33, 1979, H. 3, S. 76—79.
6.35.	TGL 34218. Elektronische Ausriistungen; Programmierbare Steue-
rung PS 2000.
6.36.	Projektierungsvorschrift PS 2000. Firmenschrift des VEB Numerik
“Karl Marx”.— Karl-Marx-Stadt.
6.37.	Programmierhandbuch PS 2000. Firmenschrift des VEB Numerik
“Karl Marx”.— Karl-Marx-Stadt.
6.38.	Rosler G., Roland G. Steuerungen mit Festwertspeichern.— Der
VEM-Elektro-Anlagenbau, 11, 1975, H. 4, S. 145—162.
6.39.	Roland G. Das nichtnumerische Steuerungssystem PS 2000.—
ELEKTRIE, 32, 1978, H. 6, S. 293—294.
6.40.	Weitzel H.-W. Programmable controller with a special language in-
tended for industrial applications.— In: Interkama, 77.— Berlin, Heidelberg,
New York: Springer-Verlag, 1977, S. 645—656.
6.41.	Schaffer G. Programmable controllers.— American Machinist, Feb-
ruar 1977, S. SR2—SR8.
6.42.	Klein D., Wolfgarten W. Programmierbare Steuerungen.— Diissel-
dorf: VDI-Verlag GmbH, 1975.
6.43.	Bischoff H., Engelhard D. Simatic S31—21, eine Kombination des
speicherprogrammierbaren Steuergerats S3111 mit dem Mikrocomputersystem
210,—Siemens-Z., 51, 1977, H. 9, S. 705—708.
6.44.	Speicherprogrammierbare Steuereinrichtungen fiir Prozefisteuerun-
gen/ Schandrin I. S. u.a.— Messen, Steuern, Regeln, 20, 1977, H. 10, S. 541.
6.45.	Stockel M. Speicherprogrammierbare Steuerungen fiir kleine bis
mittlere Industrieanlagen.— BBC-Nachr., 59, 1977, H. 8/9, S. 376—380.
6.46.	K166 H. Logistat CP 80—1A, ein speicherprogrammiertes Prozefi-
steuerungssystem mit Mikroprozessor.— Techn. Mitt. AEG-Telefunken, 68,
1978, H. 3/4, S. 116—122.
6	47 Felder H. F., Schleemilch W. Programmiergerate des Steuerungs-
systems SIMATIC S3,—Siemens-Z., 50, 1976, H. 5, S. 338—343.
6.48.	Gollner K.-H-, Gunther H, Methodik zur Vorbereitung des Einsat-
zes von Prozessrechnern. Schriftenreihe Datenvc/arbeitung.— Berlin: Verlag
Die Wirtschaft, 1970.
6.49.	Kussl V. Technik der Prozefidatenverarbeitung.— Berlin: VEB Ver-
lag Technik, 1974; Miinchen: Carl Hanser Verlag, 1973.
6.50.	Pankalla H. Aufbau und Einsatz von Prozefirechenanlagen. 3.
Aufl.— Reihe Automatisierungstechnik, Bd. 68.— Berlin: VEB Verlag Technik,
1974.
6.51.	Auswahlkriterien fiir	Prozefirechner.— Messen+priifen/automatik,
1974, H. 9, S. 555—569.
6.52.	Kaspers R. Systemanalyse, Systemplanung, Systemrealisierung bei
Prozefirechnerprojekten.— Heidelberg: Dr. Alfred Hiithig Verlag GmbH,
1976.
6.53.	Kaltenecker H., Sum G. Entwicklungsrichtungen der Steuerungs-
technik.— Siemens-Z., 51, 1977, H. 9, S. 683—688.
6	54 Bartsch H.-J. VEM-Handbuch Numerische Steuerungen.—Berlin:
VEB Verlag Technik, 1976.
452

6.55.	Numerische Steuerung auf der Basis von Mikrorechnern/ Fickel W.
u.a.— Messen, Steuern, Regeln, 21, 1978, H. 9, S. 485—486.
6.56.	Programmieranweisung NC 470. Firmenschrift des VEB Numerik
“Karl Marx”.— Karl-Marx-Stadt.
6.57.	SYMAP — eine Sprache fiir numerisch gesteuerte Werkzeugmaschi-
nen/ Schreiter H. u.a.—Reihe Automatisierungstechnik, Bd. 134 u. 135.—
Berlin: VEB Verlag Technik, 1972.
6.58.	Clemens O., Wiggenhauser G. Bausteine der Relog-Technik fiir die
Antriebsebene innerhalb der Steuerungshierarchie in Kraftwerken.— ELEK-
TRIE, 28, 1974, H. 11, S. 609—612.
6.59.	Krohmann H., Meyer H. Kaltwalzwerkausriistungen mit BBC Proc-
tonic S.— BBC-Mitt., 63, 1976, H. 5, S. 291—296.
6.60.	Kuhr H.-A. Mittel und Wege zur Automatisierung in Kaltwalzwer-
ken.—BBC-Nachrichten, 57, 1975, H. 12, S. 655—663.
6.61.	Prozefirechentechnik. Firmenschrift des VEB Kombinat Robotron.
К ГЛАВЕ 7
7.1.	Habiger E. Elektrische Storbeeinflussung in automatisierten Syste-
men — eine Ubersicht.— ELEKTRIE, 29, 1975, H. 7, S. 357—359.
7.2.	VEM-Handbuch Elektrische Storbeeinflussung in Automatisierungs-
und Datenverarbeitungsanlagen.— Berlin: VEB Verlag Technik, 1973.
7.3.	EMC Elektromagnetische Vertraglichkeit/ Stoll D. u.a.— Berlin
(West): Elitera-Verlag, 1976.
7.4.	Philippow E. Taschenbuch Elektrotechnik. Bd. 1.— Berlin: VEB Ver-
lag Technik; Miinchen: Carl Hanser Verlag, 1976.
7.5.	Elektromagnetische Schirmung,	Aufsatzzusammenstellung.— VDE
Schnellberichte, 14, 1968, H. 35, 36, S. 821—823.
7.6.	Schaller R. Dampfen und Schirmen.— Elektrotechnik Wiirzburg, 57,
1975, H. 3, S. 14—16.
7.7.	Boll R., Keller H. Magnetische Abschirmschlauche.— ETZ-B., 28,
1976, H. 2, S. 42—44.
7.8.	Eckert K. Storspannungen bei digitaler Mefiwerterfassung.— Radio,
Fernsehen, Elektronik, 24, 1975, H. 17, S. 555—558.
7.9.	Eckert K. Gleichtaktstorunterdriickung bei elektrostatischer Kopplung
und Kabelanschlufimoglichkeiten.— Radio, Fernsehen, Elektronik, 24, 1975,
H. 18, S. 593—599.
7.10.	Gola K. Die Unterdriickung niederfrequenter und Gleichspannungs-
Gleichtakt-Storspannungen in fiber Kabel verketteten Geraten.— Nachr.-tech-
nik Elektronik, 25, 1975. H. 2, S. 72—75.
7.11.	Franke G., Quack L. Beeinflussungen von Steuerkabeln bei Schalt-
vorgangen in 220-kV-Umspannwerken.— Messen, Steuern, Regeln, 19, 1976,
H. 10, S. 350—355.
7.12.	Richter W., Schmidt K. Storspannungsmessungen an Signalleitungen
der BMSR-Technik.-—Messen, Steuern, Regeln, 18, 1975, H. 11, S. 395—399.
7.13.	Dietz E. Statische Analyse impulsformiger Storspannungen auf
Signalleitungen in Mefiwerterfassungs- und Prozefirechenanlagen.— Impuls,
16, 1976, H. 3, S. 97—101.
7.14.	Beeinflussungs- und Vertraglichkeitsprobleme von Informationska-
beln in Sammelkanalen/ Schiippler H. u.a.'— Nachr.-technik Elektronik, 26,
1976, H. 4, S. 137—139.
7.15.	Kampe H. Betrachtungen zur Storsignalunterdriickung 'durch ein
Integrationsglied in Steuerleitungen.— Radio, Fernsehen, Elektronik, 22, 1973,
H. 11, S. 721—724.
7.16.	Bielek K--H., Storm H. TELELUX, ein optisches Ubertragungssy-
stem.— Techn. Mitt. AEG-Telefunken, 68, 1978, H. 3/4, S. 123—124.
7.17.	Cm. 7.2.
7.18.	Habiger E. Storschutzbeschaltungen fiir elektromagnetisch betatigte
Gerate— eine Literaturiibersicht.— ELEKTRIE, 27, 1973, H. 5, S. 266—271.
7.19.	Habiger E. Storschutzmittel zur Bedampfung induktiver Abschalt-
fiberspannungen.— ELEKTRIE, 22, 1968, H. 6, S. 236—238.
453

7.20.	Habiger E. Stdrschutzbeschaltungen mit Varistoren, Abschatzung
der Einsatzgrenzen.— ELEKTRIE, 25, 1971, H. 5, S. 172—173.
7.21.	Habiger E. Storschutzmittel zur Bedampfung induktiver Abschalt-
fiberspannungen an wechselstrombetatigten Geraten.— ELEKTRIE, 23, 1969,
H. 12, S. 522—524.
7.22.	Habiger E. Begrenzung induktiver Abschaltiiberspannungen bei
drehstrombetatigten Geraten.— ELEKTRIE, 25, 1971, H. 2, S. 59—61.
7.23.	Seefried E. Storungen durch Stromkreise mit steuerbaren Halbleiter-
ventilen.—ELEKTRIE, 30, 1976, H. 3, S. 159—161.
7.24.	Pranskat H.-G. Beachtung der Storsicherheit bei der Entwicklung
und Projektierung von Regelungsanlagen mit Thyristorstromrichtern.— Der
VEM-Elektro-Anlagenbau, 14, 1978, H. 1, S. 36—37.
7.25.	Schaffner H. Entstorfilter fiir Thyristorsteuerungen und logische
Schaltungen.— Industrie — elektrik+elektronik, 16, 1971, H. 23, S. 603—604.
7.26.	Schaffner H. Entstorung von Thyristorsteuerungen mit geerdetem
metallischem Gehause (einphasiger Betrieb).— Technika, 19, 1970, H. 2,
S. 116—118.
7.27.	Schaffner H. Die Entstorung von thyristorgesteuerten NebenschluS-
motoren im Frequenzbereich von 0,15—30 MHz.— Technika, 19, 1970, H. 8,
S. 649—650.
7.28.	Kaiser W. Die Storsicherheit bei Werkzeugmaschinen-Steuerungen
mit integrierter Schaltkreistechnik.— Steuerungstechnik, 3, 1970, H. 1,
S. 10—15.
7.29.	Melzer F. Ubersicht fiber Moglichkeiten der Simulation von Ein-
satzbedingungen informationsverarbeitender Gerate der Leistungselektronik.—
ELEKTRIE, 30, 1976, H. 8, S. 435—438.
7.30.	Mierke W., Melzer F. Rationelle Uberpriifung der Funktionssicher-
heit informationsverarbeitender Einrichtungen der Antriebstechnik gegeniiber
externen Storeinfliissen.—ELEKTRIE, 30, 1976, H. 12, S. 640—643.
7.31.	Hesse D. Praktische Erfahrungen der Zuverlassigkeitsarbeit.—
Reihe Automatisierungstechnik, Bd. 146.— Berlin: VEB Verlag Technik, 1973.
7.32.	Habiger E. Mafinahmen zur Erhohung der Verfiigbarkeit indust-
rieller Steuerungen.—Der Elektro-Praktiker, 32, 1978, H. 2, S. 39 u. 40.
7.33.	Habiger E., Herack M. Das Fehlerortungskonzept im Relais-Steuer-
ungssystem IKS 500 — ein wirksames Mittel zur Senkung von Anlagenaus-
fallzeiten.— Der VEM-Elektro-Anlagenbau, 12, 1976, H. 3, S. 117—121.
7.34.	Stiiben H. Storungen systematisch begegnen — Fehler und Fehler-
ursachen bei stromrichtergespeisten Gleichstromantrieben.— Elektrotechnik,
57, 1975, H. 5, S. 10—12.	,
7.35.	Heppenheim W. H., Teschke J. Uberwachungs- und Meldeeinrich-
tung fiir Hauptantriebe spannender Werkzeugmaschinen.— BBC-Nachr., 59,
1977, H. 5, S. 195—200.
7.36.	Raimund P. Verfahren zur Erhohung der Verfiigbarkeit und Bet-
riebssicherheit in grofien Walzwerksanlagen.— BBC-Nachr., 58, 1976, H. 2, 3,
S. 92—97.
7.37	Dressier H., Lang F. Diagnosegerat fiir elektronische Loksteue-
rung.—BBC-Nachr., 59, 1977, H. 5, S. 178—183.
7.38.	Kohler W. Diagnose-Computer zur Storungsanalyse fiir geregelte
Antriebssysteme.— ETZ-B., 29, 1977, H. 22, S. 708—710.
7.39.	Habiger E. Zu Problemen der technischen Diagnostik und ihrer
Anwendung bei industriellen Steuerungen.— ELEKTRIE, 30, 1976, H. 1,
S. 35—38.
7.40.	Hohl R. Fehleranalyse und gezielte Fehlersuche als Moglichkeit
zur Verringerung der Ausfallzeit an Werkzeugmaschinensteuerungen.— Der
Elektro-Praktiker, 28, 1974, H. 6, S. 204—207.
7.41.	Behrendt W. K- CNC-Maschinen-Ferndiagnose zur Storungsbeseiti-
gung und vorbeugenden Wartung.— TZ Prakt. Metallbearb., 69, 1975, H. 6,
S. 227.
7.42.	Goi E. G., Curry R. E. A model of the human observer in failure
detection tasks.— IEEE Trans. Syst., Man & Cybernetics, 6, 1976, H. 2,
S. 85—94.
454

7.43.	Bristol E. H., Wade H. L. Alarm analysis can diagnose system
faults.— Control engng., 23, 1976, H. 2, S. 47—49.
7.44.	Введение в техническую диагностику / Г . Ф. Верзаков, Н. В. Киншт,
В. И. Рабинович, Л. С. Тимонен.— М.: Энергия, 1968.— 224 с.
7.45.	Богомолов А. М-, Твердохлебов В. А. Диагностика сложных сис-
тем.— Киев: Наукова думка, 1974.— 128 с.
7.46.	Добролюбов А. И., Енин С. В. Контроль и диагностика дискретных
схем управления.— Минск: Наука и техника, 1974.— 158 с-
7.47.	Literturzusammenstellung zum Problemkreis Fehlererkennung und
Fehlerlokalisierung in automatischen Systemen/ Habiger E. u.a. Teil I u.
II.—Messen, Steuern, Regeln, 20, 1977, H. 5, S. 277—281; H. 6, S. 341—343.
7.48.	Instandhaltung einer Grofianlage/ Branthin K- u.a.— ETZ-B., 28,
1976, H. 19, S. 639—641.
7.49.	Sanetra E. Umweltpriiflabor zur Erprobung von Bauelementen,
Komponenten und Anlagen. Techn.— Mitt. AEG-Telefunken, 70, 1980, H. 2,'
3, S. 148—156.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ, ДОБАВЛЕННЫЙ ПРИ ПЕРЕВОДЕ
1.	Автоматизации настройки систем управления/В. Я. Ротач, В. Ф. Кузи-
шин, А. С. Клюев и др.— М.: Энергоатомиздат, 1984.— 272 с.
2.	Автоматизированный электропривод, силовые полупроводниковые при-
боры, преобразовательная техника (актуальные проблемы и задачи).— В кн.:
Материалы VIII Всесоюзной конференции / Под общ. ред. Н. Ф. Ильинского,
И. А. Тенмана и М. Г. Юнькова.—М.: Энергоатомиздат, 1983.— 472 с.
3.	Автономные дискретные электроприводы с силовыми шаговыми двига-
телями 1/ 10. А- Сабинии, В. И. Кулешов, М. М. Шмырева.— Л.: Энергия,
1980,— 159 с.
4.	Башарин А. В., Новиков В. А., Соколовский Г. Г. Управление элек-
троприводами: Учеб, пособие для вузов.— Л.: Энергоиздат, 1982.— 392 с.
5.	Борцов Ю. А. Математические модели автоматических систем: Учеб,
пособие.— Л.: ЛЭТИ, 1981.— 98 с.
6.	Борцов Ю. А., Поляхов Н. Д., Путов В. В. Электромеханические сис-
темы с адаптивным и модальным управлением.— Л.: Энергоатомиздат,
1984,—226 с.
7.	Борцов Ю. А., Соколовский Г. Г. Тиристорные системы электропри-
вода с упругими связями.— Л.: Энергия, 1979.— 160 с.
8.	Динамика следящих электроприводов: Учеб, пособие для втузов/
Б. И. Петров, В. А. Полковников. Л. В. Рабинович и др.; Под ред.
Л. В. Рабиновича.— 2-е изд.— М.: Машиностроение, 1982.— 496 с.
9.	Динамика управления роботами / Под ред. Е. И. Юревича.— М.: На-
ука, 1984,—336 с.
10.	Дискретный электропривод с шаговыми электродвигателями / Под
общ. ред. М. Г. Чиликина.— М.: Энергия, 1971.— 624 с.
11.	Дружинин Н. Н. Непрерывные станы как объект автоматизации.—
М.: Металлургия, 1975.-—335 с.
12.	Егоров В. Н., Шестаков В. М. Динамика систем электропривода —
Л.: Энергоиздат, 1983.— 216 с.
13.	Зимин Е. Н., Яковлев В. И. Автоматическое управление электропри-
водами,— М.: Высшая школа, 1979.— 318 с.
14.	Иванов Г. М., Левин Г. М., Хуторецкий В. М. Автоматизированный
многодвигательный электропривод постоянного тока.— М.: Энергия, 1978.—
160 с.
15.	Иванов Г. М., Онищенко Г. Б. Автоматизированный электропривод
химической промышленности.— М.: Машиностроение, 1975.— 312 с.
16.	Ильинский И. Ф. Электроприводы постоянного тока с управляемым
моментом.— М.: Энергоиздат, 1981.— 144 с.
17.	Киселев Н. В., Мядзель В. Н., Рассудов Л. Н. Электроприводы с рас-
пределенными параметрами.— Л.: Судостроение, 1985.— 220 с.
455

18.	Ключев В. И., Терехов В. М. Электропривод н автоматизация обще-
промышленных механизмов: Учебник для вузов.— М.: Энергия, 1980.— 360 с.
19.	Комплектные системы управления электроприводами тяжелых метал-
лорежущих станков / Под ред. А. Д. Поздеева.— М.: Энергия, 1980.— 288 с.
20.	Корытин А. М. Синтез автоматизированного электропривода на ана-
логовых и цифровых вычислительных машинах.— М.: Энергия, 1973.— 209 с.
21.	Михалев А. С., Миловзоров В. П. Следящие системы с бесконтакт-
ными двигателями постоянного тока.— М.: Энергия, 1979.— 159 с.
22.	Основы автоматизированного электропривода: Учеб, пособие для ву-
зов / М. Г. Чиликни, М. М. Соколов, В. М. Терехов, А. В. Шинянский.— М.:
Энергия, 1974.— 568 с.
23.	Проектирование следящих систем с помощью ЭВМ / Под ред.
В. С. Медведева.— М.: Машиностроение, 1979.— 367 с.
24.	Системы подчиненного регулирования электроприводов переменного
тока с вентильными преобразователями / О. В. Слежановский, Л. X. Дацков-
ский, И. С. Кузнецов и др.— М.: Энергоатомнздат, 1983.— 256 с.
25.	Следящие приводы / Е. С. Блейз, Ю. А. Данилов, В. Ф. Казмиренко
и др.; Под ред. Б. К- Чемодаиова. Ки. 1 н 2.— М.: Энергия, 1976.— 480 и
384 с.
26.	Слежановский О. В., Бирюков А. В., Хуторецкий В. М. Устройства
унифицированной блочной системы регулирования дискретного типа
(УБСР-Д).— М.: Энергия, 1975,—256 с.
27.	Теория автоматизированного электропривода: Учеб, пособие для ву-
зов / М. Г. Чнликин, В. И. Ключев, А. С. Сандлер.— М.: Энергия, 1979.—
616 с.
28.	Тиристорный электропривод постоянного тока / Я. Ю. Солодухо,
Р. Э. Белявский, С. Н. Плеханов и др.— М.: Энергия, 1971.— 103 с. (Б-ка
по автоматике. Вып. 431).
29.	Чиликин М. Г., Сандлер А. С. Общий курс электропривода.— 6-е
изд.— М.: Энергия, 1981.— 376 с.

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Адаптивные системы управления 282
Асинхронный двигатель 206
-- передаточные свойства 206
----управляемый напряжением с
поддержанием потокосцепления
статора 208
----— током с поддержанием пото-
косцепления ротора 213
----с переменным потокосцеплением
статора 211
----структурная схема при управле-
нии напряжением 208
----управление напряжением 245
----частотное управление 245
Время:
восстановления 432
запаздывания ШИП эквивалент-
ное 195
поиска неисправности 432
регулирования 249
цикла 364, 379-
Высшие гармоники:	'
вращающего момента 138, 166
в электроприводе постоянного
тока 92
коэффициент пульсации 94
схема замещения асинхронного
н синхронного двигателей 165
тока 165
Готовность 428
Графы:
автоматные 30, 80, 350
последовательного выполнения
программы 81, 320, 388
сигнальные направленные 80
Двигатели:
вентильные 155
линейные 181
шаговые 181
Двигатели постоянного тока:
импульсное управление 121
моменты инерции 189
постоянная времени возбужде-
ния 188
сопротивление якоря 189
Двигатель синхронный:
передаточные свойства 215
самоуправляемый 220
управляемый напряжением 220
управляемый током 221
Диагностирующая ЭВМ 434
Диапазон изменения возмущающего
воздействия 248
— регулирования 248
Дискретная система регулирования
291
Длительный ток короткого замыка-
ния 201
Добавочное напряжение ротора 132
Емкости связи паразитные 408
Заземление 43
— помехозащитное 423
Защита:
от попадания внутрь корпуса
твердых тел 43
от прикосновения 43
построение 60
степени 41
Защита от короткого замыкания 204
— от помех 404
---- мероприятия 417
----технические средства 425
Инвертор:
напряжения 158
тока 161
управляемый напряжением 150
управляемый током 150
Каскад вентильный асинхронный 244
------ баланс активной и реактив-
ной мощности 135
------гармоники момента 138
Каскадные схемы 131
Код ISO 7-разрядиый 397
Коммутация тока 168
Компенсация реактивной мощности
динамическая НО
457

Контуры отсасывающие 106
Короткое замыкание:
за сглаживающим дросселем 200
перед сглаживающим дросселем
200
Матрица логическая программируе-
мая 387
Машины электрические:
основные уравнения 88
Микро-ЭВМ 12, 286
Многомассовые системы:
линейные 181
нелинейные без зазора 181
с зазором 182
Модели:
вычислительные 318
процесса 319
управления 319
Набор команд 379
Нагрузка периодическая 174
Надежность 403
Напряжение сети:
отклонение от синусоидальной
формы 36
параметры 34
Наработка на отказ средняя 429
Оптимальное управление 279
Оптимизация:
контуров регулирования
практическая 268
линейных непрерывных систем
248
системы электропривода 62
реакции на возмущения 255
Оптимум:
квадратичный 266
по модулю 252
симметричный 259
Отключение:
асинхронного двигателя со сто-
роны статора 228
тока через иидуктивиость 204
трансформатора на холостом
ходу 205
Отражение сигналов 415
Память программ 364, 366, 368
Перегрузочная способность по уско-
рению 178
Передаточные свойства:
механической части системы 181
электропривода постоянного то-
ка 185
Переменные состояния 318
Периферийные устройства:
обработки данных 379
управления процессом 379
Перфоленты управляющие 396
458.
Подчиненное регулирование 57, 231,
261
Пожаро- и взрывоопасность 43
Показатели качества 24, 248, 250
Помехи, возмущения:
внешние 404
гальванические 406
емкостные 408
индуктивные 413
собственные 404
Последовательное фазовое гашение
168
Постоянная времени:
малая 253
механическая электропривода
175
Преобразователи широтно-импульс-
ные 122
----входные фильтры 123
----расчет параметров 124
----реверсивные 130
----с несколькими вспомогательны-
ми тиристорами 124
----схемы 125
----эквивалентное время запаздыва-
ния 195—197
Преобразователь вентильный:
дискретный характер работы
190
относительная мощность 65
параллельная работа с вращаю-
щимися машинами 104
передаточные свойства 188, 223
работа в режиме больших сиг-
налов 195
схема замещения 89, 101
схемы 47
Преобразователь частоты 153
----с непосредственной связью 153
----с промежуточным звеном посто-
янного тока 155, 157
Прерывистый ток якоря 97
-------коэффициент прерывистости
98
Приводы исполнительные 178, 296
---- показатели качества 296
Программа исходная 370, 396
Программирование жесткое 340
Программируемое постоянное запо-
минающее устройство 363
Процессы включения электропривода
с асинхронным двигателем 224
— короткого замыкания 200
-------в электроприводах постоянно-
го тока 200
---------с асинхронными двигателя-
ми 224
— пуска 176
Развязка гальваническая 365, 420
Распределение адресов 369
Реакторы уравнительные 116

Реального времени операционная си-
стема 380
Регулирование:
мощности резания 305
натяжения 305
провисания петли 306
тока 233
удлинения 306
Регулятор:
напряжения трехфазного тока
140
тока якоря адаптивный 284
| Связи компенсирующие 306
I Сглаживающие дроссели 116
------определение параметров 117
Сервоприводы см. Приводы испол-
1 нительные
Сети Петри 80
Сигнал:
I	амплитудно-аналоговый 54
I	в виде цифрового параллельного
I	кода 56
Ь	двоичный 55
К	с широтно-импульсной модуля-
К	цией 55
К	фазоаналоговый 54
В	частотно-аналоговый 54
г	число-импульсный 55
I Синхронное вращение электроприво-
I дов 298
I-------абсолютное 299
I  -----относительное 298
I Система импульсно-фазового управ-
I леиия, передаточная функция 191
I Система регулирования положения
|	235
I — управляющая вычислительная
I (с УВМ), компоненты 377
[Системы прямого цифрового управ-
| ления 399
[Системы регулирования:
|	синхронного вращения 298
[	частоты вращения 233
[Системы станков, управляемых от
| ЭВМ 396
[Системы управления:
|	адаптивные 282
I	фазоаналоговые 301
	частотно-аналоговые 301
р	цифровые 284
‘ Системы числового программного уп-
равления от ЭВМ 397
Средства описания алгоритмов ра-
* боты:
графические 79
табличные 77
языковые и алгебраические 76
Средства описания работы (техниче-
г ских систем) 75
Схема генератор—двигатель 242
Схема реверсивная с раздельным уп-
равлением 240
Схемы:
алгоритмов логические 76
блокировки 79
работы 81, 330
Схемы электрические 72
Таблица предварительного кодирова-
ния 394
Таблицы:
автоматов 77
переключений (истинности) 77
решений 78
Технико-экономический анализ 24
Торможения процессы 176
Управление программное:
от ЗУ 341
с программированием точек 388
прямоугольно-контурное 389
Уравнение движения 175
Уравнительный ток:
расчет 114
регулирование 236
Устройства защиты:
максимальной токовой 70
от перенапряжений 67
Устройства обработки данных, пери-
ферийные стандартные 379
Устройства управляющие 335
----жестко программируемые 340
----свободно программируемые 346
----следящие 335
----с матричным программировани-
ем 358
----с программным управлением от
ЗУ; с программой, хранящейся в.
памяти 341
Устройства числоиого программного
управления 387
Фазовое пространство 28
Фильтры активные 271
— сетевые, варианты 422
Цифровые системы 285
Эквивалентный комплексный коэффи-
циент передачи 271
Экранирование проводов 412
Электрический вал 302
Электроприводы, технологически
связанные 305
Электроприводы вентильные:
параллельная работа 108
реверсивные ИЗ
с компенсирующими устрой-
ствами 105
Энергии потерь, расчет 177
45»

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие редактора перевода ..................................... 3
Предисловие..........................................................5
Предисловие авторов к русскому изданию.............................. 7
Основные обозначения...............................................8
ГЛАВА ПЕРВАЯ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СОВРЕМЕННОГО ЭЛЕКТРО-
ПРИВОДА ............................................................11
1.1.	Народнохозяйственное значение автоматизированного электро-
привода и перспективы его дальнейшего	развития . д ... —
1.2.	Основные свойства и особенности систем автоматизированного
электропривода .............................................. 13
1.3.	Инженерные задачи в области электропривода...............18
ГЛАВА ВТОРАЯ. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИ-
РОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА...........................................19
2.1.	Основные принципы системного проектирования...............—
2.1.1.	Характеристика процесса проектирования...............—
2.1.2.	Модель процесса проектирования......................20
2.1.3.	Оценка и сравнение вариантов решения -..............23
2.2.	Анализ проблемы и уточнение постановки задачи............27
2.2.1.	Анализ и описание системы электропривод — рабочая ма-
шина ......................................................—
2.2.2.	Анализ и описание системы электропривод — сеть ... 34
2.2.3.	Анализ и описание системы электропривод — оператор . 39
2.2.4.	Анализ и описание возмущений, действующих на элек-
тропривод, и влияние электропривода на внешнее окру-
жение ....................................................40
2.3.	Выбор принципиальных решений.............................44
2.3.1.	Построение силовой части.............................—
2.3.2.	Организация управления и регулирования..............53
2.3.3.	Организация защиты..................................60
2.4.	Расчет параметров и оптимизация системы электропривода . 62
2.4.1.	Расчет параметров и выбор двигателей.................—
2.4.2.	Расчет параметров и выбор преобразователей . ... 65
2.4.3.	Расчет параметров и выбор устройств защиты .... 67
2.4.4.	Уточнение расчетных параметров и оптимизация системы
электропривода .......................................... 72
2.5.	Разработка технической документации для изготовления, ис-
пытаний и эксплуатации электроприводов .......................
460

2.5.1.	Электрические схемы....................................73
2.5.2.	Средства описания работы...............................75
2.5.3.	Инструкции по контролю н	испытаниям....................82
2.5.4.	Инструкции по эксплуатации.............................83
ГЛАВА ТРЕТЬЯ. СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ДВИГАТЕЛЕЙ С УСТРОЙСТВАМИ
СИЛОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ.............................................85
3.1.	Питание электродвигателей постоянного тока от вентильных
преобразователей ............................................ 89
3.1.1.	Внешние эксплуатационные свойства приводов постоян-
ного тока..................................................—
3.1.2.	Высшие гармоники и определение параметров дросселей 92
3.1.3.	Режим прерывистого тока................................97
3.2.	Работа вентильных электроприводов от трехфазной сети пе-
ременного тока...............................................101
3.2.1.	Схема замещения вентильного преобразователя .... —
3.2.2.	Параллельная работа преобразователей с вращающи-
мися машинами............................................104
3.2.3.	Параллельная работа преобразователя с компенсирую-
щими устройствами........................................105
3.2.4.	Параллельная работа нескольких вентильных электро-
приводов .	 108
3.2.5.	Динамическая компенсация реактивной мощности . . .110
3.3.	Реверсивные вентильные электроприводы......................113
3.3.1.	Принципы построения реверсивных схем....................—
3.3.2.	Расчет уравнительного тока............................114
3.3.3.	Проектирование уравнительных реакторов и сглаживаю-
щих дросселей.....................~......................116
3.3.4.	Нагрузка вентилей и выбор схемы включения . . . .119
3.4.	Импульсное управление двигателями постоянного тока . . .121
3.4.1.	Принцип импульсного управления..........................—
3.4.2.	Выбор и расчет параметров широтно-импульсных преоб-
разователей .............................................123
3.4.3.	Реверсивные схемы и схемы торможения.............130
3.5.	Каскадные схемы.......................................131
3.5.1.	Управление частотой вращения двигателя с помощью до-
бавочного напряжения в цепи ротора.....................•*»
3.5.2.	Асинхронные вентильные каскады...................134
3.5.3.	Расчет баланса активной и реактивной мощности в асин-
хронных вентильных каскадах ............................ 135
3.5.4.	Расчет гармоник момента и дополнительных потерь в
асинхронных вентильных каскадах........................138
3.6.	Управление асинхронными двигателями изменением	напряжения	140
3.6.1.	Симметричное управление напряжением...............—
3.6.2.	Выбор параметров двигателя и преобразователя . . . 142
3.6.3.	Асимметричное управление напряжением.............146
3.7.	Частотное управление асиихроииыми и синхронными двига-
телями ......................................................148
3.7.1.	Основные свойства двигателей при частотном	управлении	—
3.7.2.	Инверторы и преобразователи частоты для питания дви-
гателей .................................................153
3.7.3.	Расчет параметров двигателя и преобразователей	.	.	.	162
461

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ. РАСЧЕТ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕ-
МАХ ЭЛЕКТРОПРИВОДА...............................................173
4.1.	Динамические процессы в электромеханической системе . . .174
4.1.1.	Расчет параметров двигателя при периодически меняю-
щейся нагрузке .......................................... —
4.1.2.	Процессы пуска и	торможения......................176
4.1.3.	Расчет параметров	сервоприводов..................178
4.1.4.	Математические модели механической части привода . 181
4.2.	Динамические процессы в электроприводах постоянного тока . 184
4.2.1.	Математические модели электропривода в режиме не-
4.2.2.	Математические модели и свойства вентильных преобра-
зователей ...............................................188
4.2.3.	Математические модели и свойства электропривода в ре-
жиме прерывистого тока...................................197
4.2.4.	Процессы короткого замыкания......................200
4.2.5.	Процессы выключения...............................203
4.3.	Динамические процессы в электроприводах переменного тока . 206
4.3.1.	Математические модели асинхронного двигателя . . . —
4.3.2.	Математические модели синхронного двигателя .... 215
4.3.3.	Динамические свойства вентильного преобразователя с
промежуточным звеном постоянного тока....................223
4.3.4.	Процессы включения и короткого замыкания в электро-
приводах с асинхронным двигателем........................224
4.3.5.	Процессы выключения в электроприводах с асинхронным
двигателем...............................................228
ГЛАВА ПЯТАЯ. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РЕГУЛИ-
РУЕМЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ..........................................  230
5.1.	Структуры линейных непрерывных систем...................232
5.1.1.	Электроприводы постоянного тока.....................—
5.1.2.	Реверсивные электроприводы постоянного тока .... 236 .
5.1.3.	Структуры регулирования электроприводов с асинхрон-
ными и синхронными двигателями...........................242
5.2.	Оптимизация линейных непрерывных систем.................248
5.2.1.	Показатели качества.................................—
5.2.2.	Оптимум по модулю.................................252
5.2.3.	Симметричный оптимум..............................257
5.2.4.	Оптимизация многоконтурных систем.................261
5.2.5.	Оптимизация системы электропривода с помощью компен-
сирующих связей..........................................262
5.2.6.	Оптимизация при случайных входных сигналах	....	264
5.2.7.	Практическая оптимизация контуров	регулирования	.	268
5.3.	Нелинейные системы......................................271
5.3.1.	Существенные нелинейности и их гармоническая линеа-
ризация ...................................................—
5.3.2.	Релейные системы..................................275
5.3.3.	Системы с ограничениями ..........................277
5.3.4.	Оптимальное управление нелинейными системами . . . 279
5.4.	Адаптивные системы......................................282
5.4.1.	Принцип адаптивного управления......................—
5.4.2.	Адаптивные системы регулирования тока якоря в элек-
троприводах постоянного тока.............................283
462

5.5.	Цифровые системы.........................................284
5.5.1.	Применение частотно-аналоговых и цифровых сигналов
в регулируемых электроприводах..............................—
5.5.2.	Построение цифровых систем регулирования...........285
5.5.3.	Коэффициенты передачи типовых звеньев цифровых сис-
тем регулирования ....................................... 286
5.5.4.	Передаточные функции основных звеньев цифровых сис-
тем регулирования.........................................288
5.5.5.	Расчет цифровых контуров регулирования.............291
5.6.	Исполнительные приводы (сервоприводы)....................296
5.6.1.	Требования и возможности реализации..................—
5.6.2.	Приводы постоянного тока...........................297
5.7.	Системы синхронного вращения электроприводов . .... 298
5.7.1.	Принципы регулирования в системах синхронного враще-
ния .......................................................—
5.7.2.	Частотно-аналоговые и фазоаналоговые системы регулиро-
вания ....................................................300
5.7.3.	Электрический	вал	.	.	:...........................302
5.8.	Технологически	связанные электроприводы..................305
5.8.1.	Регулирование мощности резания или силы резания в
станках ................................................... —
5.8.2.	Регулирование	натяжения	наматываемой полосы ... —
5.8.3.	Регулирование	провнсаиия	петли...........306
5.8.4.	Регулирование	удлинения............................307
ГЛАВА ШЕСТАЯ. ОПИСАНИЕ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ УПРАВЛЯЮЩИХ
УСТРОЙСТВ	.................................308
6.1.	Основы проектирования систем электропривода...............—
6.1.1.	Основные понятия и задачи управления................—
6.1.2.	Особенности проектирования промышленных управляю-
щих устройств............................................311
6.2.	Объекты управления . . ..................................316
6.2.1.	Типичные промышленные объекты управления .... —
6.2.2.	Типы процессов и цели управления....................—
6.2.3.	Математическое моделирование процессов.............317
6.3.	Управляющие устройства .	  335
6.3.1.	Отличительные признаки..............................—
6.3.2.	Жестко программируемые системы.....................346
6.3.3.	Системы с программным управлением от ЗУ............362
6.4.	Примеры управляющих устройств для электроприводов . . . 384
6.4.2.	Программируемые управляющие устройства и УВМ в ав-
томатизированных установках........................401
ГЛАВА СЕДЬМАЯ. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТИ И НАДЕЖ-
НОСТИ	ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ......................403
7.1.	Мероприятия по обеспечению помехозащищенности электропри-
водов .................................................404
7.1.1.	Основные	понятия . . .	.....................—
7.1.2.	Гальванические возмущения.................  406
7.1.3.	Емкостные помехи ; . . . ... .' ...... . 408
463

ГЛ/
7.1.4.	Индуктивные помехи................................413
7.1.5.	Явление отражения в	длинных линиях................415
7.1.6.	Технические рекомендации по подавлению помех при про-
ектировании систем.......................................416
7.1.7.	Мероприятия по защите от помех в устройствах обра-
ботки сигналов...........................................417
7.1.8.	Мероприятия по защите от помех в линиях передачи сиг-
налов ...................................................418
7.1.9.	Мероприятия по защите от помех в системе питания . . 419
7.1.10.	Помехоустойчивое заземление несущих конструкций и
общего провода.......................................... 423
7.1.11.	Мероприятия по устранению помех в электромагнитных
устройствах..............................................425
7.1.12.	Мероприятия по подавлению помех в вентильных пре-
образователях .......................................... 428
7.1.13.	Проверка помехоустойчивости.........................—
7.2. Мероприятия по повышению готовности н надежности автома-
тизированных электроприводов .................................. —
7.2.1.	Основные параметры, характеризующие готовность . .. —
7.2.2.	Мероприятия по повышению средней наработки на отказ 429
7.2.3.	Мероприятия по сокращению времени восстановления . 432
Список литературы.................................................. 435	•.
Список литературы, добавленный при	переводе...................... 455
Предметный указатель............................................... 457	s„'/.
ГЛА1
РОЛЬФ ШЕНФЕЛЬД
ЭРНСТ ХАБИГЕР
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ
Редактор Л. М. Пархоменко
Художественный редактор Д. Р. Стеванович
Технический редактор А. Г. Рябкина
Корректор Е. Н. Ульева
Переплет художника Г. В. Смирнова
ИБ № 898
Сдано в набор 16.07.85. Подписано в печать 25.10. 85. Формат бОХЭО'Лв. Бумага книжнЦ
жури. ими. Гарнитура литературная. Печать высокая. Усл. печ. л. 29. Усл. кр.-отт. ЯН
Уч.-изд. л. 33,41. Тираж 5500 экз. Заказ 1446. Цена 2 р. 80 к.	Ц
Ленинградское отделение Энергоатомнздата.	И
191065, Ленинград, Марсово поле, 1.	ж
Ленинградская типография № 4 ордена Трудового Красного Знамени Ленинградского
объединения «Техническая книга» им. Евгении Соколовой Союзполиграфпрома при Го-
сударственном комитете СССР по делам издательств, Полиграфии и книжной торговли.
191126, Ленинград, Социалистическая ул., 14.
<462
И