Атанов И.В. Автоматизированный электропривод - файл n1.doc

приобрести
Атанов И.В. Автоматизированный электропривод
скачать (2945.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc2946kb.18.09.2012 11:46скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

2 Регулирование момента, тока, положения ЭП



При формировании заданного графика движения исполнительных органов часто бывает необходимо обеспечивать требуемое их ускорение или замедление.

В некоторых технологических процессах (транспортировка с.х. продукции, изготовление проводов и кабелей, бумажное и текстильное производства) требуется, чтобы исполнительные органы рабочих машин создавали необходимое натяжение в обрабатываемом материале или изделии. Это также обеспечивается с помощью ЭП регулированием создаваемого им момента или усилия на исполнительных органах соответствующих рабочих машин и механизмов.

В некоторых случаях требуется ограничивать момент ЭП для предотвращения поломки рабочей машины или механизма при внезапном стопорении исполнительного органа (например, при копании грунта, бурении скважин, заклинивании механической передачи и др.). Основными показателями для оценки того или иного способа регулирования (ограничения) момента являются точность и экономичность.

Каким же образом можно изменять момент ЭП? Для ответа на этот вопрос вспомним, что развиваемый электрическим двигателем момент пропорционален произведению магнитного потока и тока якоря, т. е.

М = kФI,

где k - конструктивный коэффициент двигателя.

Таким образом, изменяя ток якоря, или магнитный поток Ф, можно регулировать (ограничивать) момент.

Регулирование тока и момента двигателей требуется также и для обеспечения нормальной работы самих двигателей. Так, при пуске двигателей постоянного тока обычного исполнения для обеспечения нормальной работы их коллекторно-щеточного узла ток должен быть ограничен значением 3Iном. Необходимость ограничения тока возникает и в случае пуска мощных двигателей постоянного и переменного тока, так как их большие пусковые токи могут привести к недопустимому снижению напряжения питающей сети.

Для анализа возможности регулирования тока используется электромеханическая характеристика двигателя (иногда называемая скоростной), которая представляет собой зависимость его скорости от тока. Для двигателей постоянного тока независимого возбуждения при постоянном (нерегулируемом) магнитном потоке электромеханическая характеристика повторяет механическую. Регулирование момента чаще всего производится воздействием на ток двигателя посредством изменения подводимого к нему напряжения или включения в его цепи добавочных резисторов. Отметим, что регулирование тока и момента может осуществляться только в динамическом (переходном) режиме работы ЭП, поскольку в установившемся режиме ток и момент двигателя определяются его механической нагрузкой.

На рисунке 2 для примера показаны типовые электромеханические и механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения, позволяющие регулировать (ограничивать) ток и момент М при пуске с помощью добавочного резистора в цепи якоря. Резистор включается в цепь двигателя на период пуска (прямая 1), а затем с помощью схемы управления выводится (шунтируется) - прямая 2. Видно, что регулирование тока и момента производится ступенчато соответственно в пределах I...I2 и М...М2 и характеризуется невысокой точностью. Для повышения точности необходимо использовать несколько ступеней резисторов, в этом случае размах изменения тока I и момента М сузится. Данный способ, получивший название параметрического, характеризуется простотой реализации, но недостаточной точностью.



Рисунок 2 – Способы регулирования тока (момента): а – параметрический; б – в замкнутой системе «преобразователь - двигатель»
Изображенная на рисунке 2,б характеристика является типовой при регулировании тока и момента в замкнутой системе «преобразователь - двигатель». За счет соответствующего воздействия на двигатель с помощью преобразователя формируется близкий к вертикали участок 3 характеристики. Точность регулирования тока и момента в таких ЭП является высокой (участок 3 характеристики в пределе может быть получен в виде вертикальной линии).

Регулирование положения.

Для обеспечения выполнения ряда технологических процессов требуется перемещение исполнительных органов рабочих машин и механизмов в заданную точку пространства или плоскости и их установка там (фиксирование) с заданной точностью. Например, роботы и манипуляторы, подъемно-транспортные механизмы, клапаны, задвижки, механизмы подач станков и ряд других. Перемещение исполнительного органа из одной точки плоскости или пространства (позиции) в другую называется позиционированием и обеспечивается соответствующим регулированием положения вала двигателя.

В тех случаях, когда не требуются высокие точность и качество движения, позиционирование обычно обеспечивается с помощью путевых или конечных выключателей. Они устанавливаются в заданных позициях и при подходе к ним исполнительного органа производят отключение ЭП. Исполнительный орган тормозится и с некоторой точностью останавливается.

При необходимости обеспечения высокой точности позиционирования формируется оптимальный (или близкий к нему) график движения ЭП. Такой типовой график движения состоит из трех участков - разгона, движения с установившейся скоростью и торможения. Отметим, что при небольших перемещениях участок установившегося движения может отсутствовать.

Точное позиционирование реализуется, как правило, в замкнутой системе «преобразователь – двигатель».


  1. Способы регулирования частоты вращения ДПТ


Из уравнений механической и электромеханической характеристик следует, что частоту вращения ДПТ НВ можно регулировать тремя способами: магнитным потоком (током возбуждения), сопротивлением в якорной цепи и напряжением подаваемым на якорь электродвигателя (рисунок 3…5).





Рисунок 3 – Семейство механических характеристик ДПТ НВ при регулировании частоты вращения с помощью сопротивления в якорной цепи






Рисунок 4 – Семейство механических характеристик ДПТ НВ при регулировании частоты вращения напряжением, подаваемым на якорную обмотку






М






Рисунок 5 – Семейство механических характеристик ДПТ НВ при регулировании частоты вращения изменением магнитного потока


Таким образом, напряжением и сопротивлением в якорной цепи регулировка происходит в сторону уменьшения частоты вращения от естественной характеристики, а магнитным потоком – увеличения.


  1. Способы регулирования частоты вращения АД


Наряду с использованием ЭП постоянного тока в последние годы с развитием полупроводниковой техники все большее внимание уделяется применению ЭП с АД (короткозамкнутый, фазный …) в различных системах регулирования. Для установок большой мощности в безредукторных, тихоходных ЭП экономически оправданный оказывается также регулируемый, синхронный двигатель.

Применение двигателей переменного тока обусловлено их простотой, дешевизной, высокой надежностью, существенно (в 2..3 раза) меньшими габаритами и массой по сравнению с двигателями постоянного тока. Кроме того, некоторые способы регулирования ? не требуют специальных преобразовательных устройств.

Наиболее распространенные способы регулирования:

  1. напряжением на статоре;

  2. сопротивлениями в статорной или роторной цепях;

  3. частотой питающего тока;

  4. переключением полюсов;

что следует из выражений

,
.
Напряжение на АД изменяют с помощью любого регулятора напряжения. Синхронная частота вращения и критическое скольжение Sк тока при этом не изменяется, но изменяется критический момент (рисунок 6).

Рисунок 6 – Механические характеристики АД при регулировании частоты вращения АД напряжением питания


Применение данного способа ограниченно, т.к. уменьшается перегрузочная способность АД (при снижении напряжения на 10% момент уменьшается в 0,92=0,81). Кроме того, для реализации необходим АД с повышенным сопротивлением ротора или АД с фазным ротором. Данный способ хорошо реализуется лишь на вентиляторной характеристике рабочей машины.
Частота питающего тока прямопропорциональна частоте вращения ,

но с частотой для регулирования частоты вращения необходимо изменять и напряжение питания двигателя.

Закон изменения напряжения при этом зависит от характера момента нагрузки Мс.

При Мс=const, U должно регулироваться пропорционально его частоте .

Для вентиляторной характеристики рабочей машины

.

При моменте нагрузки, обратно-пропорциональном скорости

.
Более подробно законы регулирования и средства реализации частотных регуляторов рассмотрены в лекции №15.


Рисунок 7 – Семейство механических характеристик АД при регулировании частоты вращения частотой питающего тока



В области частот ниже 50 Гц АД имеет постоянную перегрузочную способность, т.е. Мк=const (в области самых малых скоростей несколько снижается).

В области частот выше 50 Гц момент критический снижается.


Число пар полюсов.

Что следует из выражения

,

где р- число пар полюсов.

Число пар полюсов - целое число, регулировка осуществляется ступенчато. Данный способ очень актуален для АД с короткозамкнутым ротором.

Данный способ может быть реализован только при использовании специальных АД, получивших название многоскоростных. Особенностью этих двигателей является статорная обмотка, состоящая из двух одинаковых секций (полуобмоток), используя разные схемы соединения которых можно изменять число пар полюсов.

Наиболее часто применяются две схемы переключения статорных обмоток многоскоростного АД:

- с треугольника на двойную звезду;

- со звезды на двойную звезду.
Звезда – двойная звезда.

В этом случае низкая скорость (большее число пар полюсов) соответствует схеме соединения обмоток в одинарную звезду р=2 при переключении на двойную звезду количество пар полюсов уменьшается в двое (р=1). Характеристики данного полюсопереключаемого АД представлены на рисунке 8.


Рисунок 8 – Механические характеристики полюсопереключаемого АД (одинарная звезда – двойная звезда)


Диапазон регулирования полюсопереключаемых АД находится в пределах 6:1 (3000…500 мин-1). Механические характеристики многоскоростных АД отличаются хорошей жесткостью и достаточной перегрузочной способностью.

Сопротивление в роторных, статорных цепях.

Включение добавочных сопротивлений в цепь статора применяется главным образом для регулирования (ограничения) в переходных процессах тока и момента АД с короткозамкнутым ротором. Искусственные характеристики мало пригодны для регулирования скорости, так как обеспечивают небольшой диапазон регулирования, малую перегрузочную способность и жесткость характеристик, а также низкую экономичность.




Семейство характеристик аналогично характеристикам при регулировании частоты вращения АД питающим напряжением.

Применение добавочных сопротивлений в цепях ротора асинхронных электродвигателей с фазным ротором, наоборот находит очень широкое применение (рис.9) не только для ограничения пусковых токов, но и для регулирования частоты вращения ротора.


Лекция 3

Пускозащитная аппаратура управления

разомкнутых электроприводов

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10


2 Регулирование момента, тока, положения ЭП
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации