Регулирование координат электропривода

СНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

При управлении движением исполнительных органов технологических установок с помощью ЭП обеспечивается регулирование одной или нескольких координат движения, главная из которых (основная выходная величина) — это угловая скорость на выходе ЭП, так как от ее значения прямо пропорционально зависит производительность технологических установок. Другие координаты чаще всего вспомогательные — это вращающий момент электродвигателя, ускорение, путь и др.

Процесс принудительного изменения или поддержания на заданном уровне угловой скорости ЭП при изменяющихся внешних воздействиях называют регулированием угловой скорости.

Способы регулирования угловой скорости ЭП. Обращаясь к функциональной схеме ЭП, представленной на рисунке 1.1, нетрудно установить, что регулирование угловой скорости ЭП, а соответственно и рабочих органов технологических установок, возможно механическими и электрическими способами.

Механические способы регулирования заключаются в изменении угловой или линейной скорости исполнительных органов изменением передаточного числа устройства механической передачи (редуктора), путем применения различных коробок перемены передач, механических вариаторов и др.

Электрические способы регулирования заключаются в изменении угловой скорости на выходе ЭП с помощью устройства управления посредством преобразовательного или передаточного устройств.

Электрические способы более прогрессивны, так как позволяют снизить металлоемкость технологических установок, выполнить их более компактными и надежными и существенно повысить уровень автоматизации и качество управления технологическими процессами.

Показатели. Основные показатели, характеризующие процесс регулирования угловой скорости ЭП, — диапазон регулирования, плавность регулирования, стабильность заданной угловой скорости, направление регулирования, допустимая нагрузка на разных угловых скоростях и экономичность регулирования.

Диапазон регулирования угловой скорости определяется отношением максимально возможной угловой скорости ЭП «max^к минимальной o)_min при допустимых пределах ее колебания с изменением нагрузки: D = (o_max/o)min. Обычно диапазон регулирования выражается в виде численного отношения, например 2/1, 10/1, 100/1 и т. д.

Плавность регулирования угловой скорости характеризуется отношением двух ближайших соседних угловых скоростей со, — и с0/_ | при неизменной нагрузке ЭП и численно оценивается коэффициентом плавности регулирования К_лш = (й,/со,_ j. При плавном регулировании частоты вращения ЭП этот коэффициент стремится к единице.

Стабильность угловой скорости ЭП определяется жесткостью механической характеристики электродвигателя и диапазоном изменения нагрузки на его валу. Чем более жесткая механическая характеристика двигателя и меньше диапазон колебания нагрузки на его валу, тем стабильнее угловая скорость ЭП, которая численно оценивается ее отклонением ±Дш от заданного значения. Очевидно, что при абсолютно жесткой механической характеристике, свойственной, например, СД, и допустимых нагрузках ЭП значение ±Дсо = 0.

Направление регулирования угловой скорости ЭП, то есть увеличение или уменьшение ее по отношению к номинальной со_н, зависит от принятого способа регулирования. Например, введение добавочных сопротивлений в силовые цепи электродвигателей понижает жесткость их механических характеристик, и их угловая скорость при наличии нагрузки на валу понижается. С другой стороны, уменьшение тока возбуждения и соответственно уменьшение магнитного потока ДПТ приводит к увеличению угловой скорости.

Допустимая нагрузка на валу электродвигателя при разных угловых скоростях его вращения определяется принятым способом регулирования скорости ЭП. Выделяют регулирование при постоянном моменте М = const и при постоянной мощности Р= const. Регулирование скорости ЭП при постоянном моменте М= const целесообразно для производственных механизмов, создающих на валу электродвигателя постоянный момент нагрузки, не зависящий от угловой скорости механизма. Это все грузоподъемные и большинство транспортирующих механизмов [х= 1, (1.10)]. Регулирование угловой скорости ЭП при постоянной мощности Р = const наиболее оправдано для ЭП главного привода металлорежущих станков [х =—1, (1.10)]. В этих случаях с изменением угловой скорости ЭП сила тока электродвигателя при всех угловых скоростях остается практически неизменной.

Экономичность регулирования угловой скорости ЭП определяется средними значениями энергетических показателей г|_ср и cos ф_ср, рассчитанными за определенный период работы ЭП с разными угловыми скоростями:

где P_2I, Pi — соответственно полезная (на выходном валу) и потребляемая из сети активная мощность ЭП на /-й ступени регулирования, Вт; ДЛ, — потери активной мощности на регулирование угловой скорости при работе ЭП на /-Й ступени регулирования, Вт; r_f — продолжительность работы ЭП на /-й ступени регулирования, с; Qj— потребляемая из сети реактивная мощность ЭП на й ступени регулирования, вар.

В частности, использование в регулируемом ЭП управляемых полупроводниковых преобразователей с фазовым управлением ведет к возрастанию потребляемой из сети реактивной мощности. Коэффициент мощности процесса регулирования ЭП в этом случае cos ф_р = cos, а при, а > ф_д, где, а — угол регулирования (включения) управляемых вентилей преобразователя, град; cos ф_д — коэффициент мощности электродвигателя.

Любой процесс электрического регулирования координат ЭП всегда связан с получением искусственных (регулировочных) характеристик двигателя ЭП. Этого достигают на уровне разомкнутых либо замкнутых систем регулируемого ЭП.