Pohony so samočinnou reguláciou prúdu

Pohon riadený človekom v niektorých prípadoch nemožno použiť. Pri takom ručnom riadení pohonu sprostredkúva človek spätnú väzbu, sleduje stav pohonu, t. j. rýchlosť, polohu bremena pri zdvíhacích zariadeniach, veľkosť prúdu lokomotív a podobne, a podľa potreby dá ručným ovládacím zariadeniam príslušný príkaz na úpravu sledovaného stavu pohonu.
Pri samočinnej regulácií sledujú stav pohonu príslušne snímače a príkazy na úpravu stavu na požadovanú hodnotu dáva regulátor. Pri elektrických pohonoch ide predovšetkým o samočinnú reguláciu rýchlosti, momentu alebo uhla otočenia hriadeľa. Najvhodnejší je jednosmerný motor.
Pohon s automatickou reguláciou ma dve základne časti: výkonovú a riadiacu časť.

obr.1

Všeobecná štruktúra pohonu s automatickou reguláciou.

Výkonovú časť tvorí motor a akčný člen, ktorým je dnes vo väčšine prípadov tyristorový menič, predtým nim bol točivý menič. Riadiaca časť generuje riadiace veličiny pre akčné členy a motor na základe povelov od obsluhy alebo nadradeného automatu. Do riadiacej časti sa ďalej privádzajú informácie o odmeraných veličinách, z výkonovej časti sa privádzajú spätnoväzbové veličiny, ktoré sa prevádzajú na signály vhodné pre spracovanie v regulátoroch. Do regulátorov vstupujú riadiace a spätnoväzbové signály, regulátory ich vyhodnocujú a dynamickí upravujú ich rozdiely, ktoré vo zvláštnom prípade nazývame odchýlkami. Zariadenia na vytváranie riadiacej veličiny, zariadenie na získanie signálov so spätnoväzbovými veličinami, rovnako ako aj regulátory a akčný člen, potrebujú pre svoju činnosť zdroje pomocnej energie.
Princípom každej automatickej regulácie je záporná spätná väzba. Tato sa týka informačných signálov, t. j. elektrických signálov –nositeľov informácií o dôležitých hodnotách požadovaných a meraných veličín. Pokiaľ je regulovaná veličina jediná, nazývame rozdiel medzi signálom žiadanej hodnoty a signálov so spätnoväzbovou veličinou regulačnou odchýlkou. Regulátor, ktorý túto odchýlku zistí a vyhodnotí, riadi svojim výstupom akčný člen, ktorým svojim pôsobením na motor spôsobí odstraňovanie tejto regulačnej odchýlky.
Pri elektrických pohonoch sa spravidla reguluje len jedna kinematická veličina, bývajú však požiadavky na časové priebehy iných veličín, na priebeh prechodových stavov a na obmedzenie niektorých veličín (prúd motora, napätie meniča a pod.). Tieto požiadavky sa najčastejšie plnia tak, že sa reguluje viac veličín a regulačné sústavy sú usporiadané hierarchicky.

Napríklad pri pohonoch s jednosmernými motormi sa štandardne uplatňuje regulácia prúdu kotvy, jej nadradená regulácia rýchlosti, jej nadradená regulácia polohy a celému pohonu s reguláciou polohy sú nadradené regulácie technologických veličín.
Skladba a činnosť pohonu s automatickou reguláciou sa znázorňujú blokovými schémami. Tieto môžu vyjadrovať štruktúrne usporiadanie, ako hore na obrázku, prechod a spracovanie informačných signálov dole na obrázku alebo iné informácie o pohone. Každý z blokov v štruktúrnej schéme má ako prvok na spracovanie signálov niektoré vstupné signály a niektoré výstupné signály. Vzťah medzi výstupnými signálmi a vstupnými signálmi opisuje správanie sa príslušného bloku vo všeobecnom prechodovom stave. Zo vzťahu medzi výstupnými a vstupnými veličinami každého bloku sa dá odvodiť správanie sa celého sa celého pohonu ako regulačného systému.
obr.2

Hierarchické usporiadanie regulácie uhla otočenia.

Uveďme spôsob získania vzťahov najdôležitejších častí elektrického pohonu, t. j. motora, akčného člena a regulátora. Na jednosmerný motor sa dá pozerať ako na blok podľa obrázku dole. Riadiacimi veličinami sú Ua, priložené na obvod kotvi , a
obr.3

budiace napätie Ub. Ďalšou vstupnou veličinou je moment záťaže Mp. Výstupnými veličinami sú točivý moment M a jedna s kinematických veličín – rýchlosť w alebo uhol otočenia s. Obmedzme sa na motor so stálym budením, kF =c = konšt. Potom pre motor platí rovnica
Ua=RaIa+La*(dIa/dt)+Ui; Ui=c ω

M=J*(dω/dt)+Mpj; M=cIa

ω=dσ/dt

Rovnica (1) sa dá vyjadriť pomocou operátora p pre deriváciu
Ua-Ui=(Ra+pLa)Ia

Z rovnice (2) momentovej rovnováhy vyplýva
M-Mp=pJ ω.