Основные показатели регулирования координат электропривода

2.7 Основные показатели регулирования координат электропривода

В современной промышленности используется большое количество производственных механизмов, работающих с регулируемой скоростью, что требует применения регулируемого электропривода.

Регулированием скорости называют принудительное ее изменение независимо от нагрузки. Не следует смешивать понятие регулирования скорости с естественным ее изменением за счет каких – либо внешних воздействий, например, нагрузки на валу работающей машины.

Регулировать скорость машин можно изменением параметров приводного двигателя или источника энергии, питающего двигатель, а также применением регулируемых передач.

Во всех случаях при регулировании скорости происходит изменение механической характеристики двигателя. Выбор способа регулирования скорости должен базироваться на основных требованиях производственного процесса, которые в общем случае могут характеризоваться следующими основными показателями:

1) диапазон регулирования;

2) жесткостью механических характеристик;

3) плавностью регулирования;

4) характером изменения момента на валу двигателя в зависимости от скорости;

Рекомендуемые материалы

5) стабильностью скорости;

6)  экономичность регулирования;

7) направление регулирования скорости;

8) допустимая нагрузка при различных скоростях.

Рассмотрим эти показатели:

1. Жесткость механических характеристик

Ряд рабочих механизмов требует, чтобы жесткость механических характеристик на всех скоростях оставалась одинаковой или изменялась незначительно. Поэтому при выборе способа регулирования необходимо учитывать степень изменения жесткости при работе на различных скоростях.

.

2. Диапазон регулирования определяется отношением максимально – возможной скорости при номинальной нагрузке для случая установившегося режима к минимальной скорости при тех же условиях:

,

(для установленных пределов изменения момента нагрузки и других возмущений).

Для двигателей постоянного тока верхний предел скорости может быть  ограничен как механической прочностью якоря или ротора машины, так и коммутационными способностями коллектора, т.к. с увеличением угловой скорости растёт реактивная ЭДС в коммутируемой секции обмотки якоря. Нижний предел регулирования скорости, как правило, ограничивается необходимой точностью поддержания заданной скорости при возможных колебаниях момента статической нагрузки на валу двигателя. Здесь под точностью понимается соответствие заданной и действительной скоростей при наибольших отклонениях момента нагрузки от заданного значения. Очевидно, что для электропривода точность регулирования скорости будет определяться жёсткостью механических характеристик. При снижении модуля жёсткости будет уменьшаться и точность поддержания скорости. Считают возможными колебания  от 0 до  . Минимально возможная скорость (рис. 2.14) может быть определена

.

Для разомкнутых электроприводов диапазон регулирования может принимать значения:

В современных электроприводах диапазон регулирования скорости в отдельных случаях (например, для электроприводов металлорежущих станков) может достигать 1000:1 и даже более. Это значительно упрощает кинематическую схему рабочих машин, исключая механические передачи (редукторы).

3. Плавность регулирования характеризует скачок скорости при переходе от данной скорости к ближайшей возможной при ее регулировании. Плавность тем выше, чем меньше этот скачок. Число ступеней регулирования в зависимости от требуемых производственных условий может быть очень большим, за счет чего достигается высокая плавность регулирования.

Плавность регулирования оценивается коэффициентом плавность регулирования, который находится как отношение двух соседних значений угловых скоростей при регулировании, т.е.

,

где - угловая скорость на -й и (-1)–й ступенях регулирования.

При плавном регулировании , а число ступеней стремится к бесконечности. В случае ступенчатого регулирования  может существенно отличаться от 1. Наименьшей плавностью обладает двухскоростные асинхронные двигатели ().

4. Стабильность работы на заданной скорости характеризуется изменением угловой скорости при заданном отклонении момента нагрузки и зависит от жесткости механической характеристики; она тем выше, чем больше жесткость характеристики. При изменении жесткости изменяется и стабильность (рис. 2.15) отклонения угловой скорости , вызванного изменением нагрузки , которая будет тем больше, чем меньше жесткость характеристики. Это обстоятельство во многих случаях ограничивает диапазон регулирования скорости.

5. Направление регулирования скорости, т.е. уменьшение или увеличение ее по отношению к основной скорости, зависит от способов ее регулирования.

Основная угловая скорость, например, для двигателя постоянного тока независимого возбуждения соответствует номинальным значениям и . Эти скорости получаются в том случае, когда в цепях двигателя нет никаких внешних резисторов, т.е. точка, соответствующая  находится на естественной механической характеристике.

Различают однозонные регулирование вниз от основной скорости, однозонное регулирование вверх от основной скорости и двухзонное регулирование, когда имеется возможность получать характеристики выше и ниже естественной.   

6. Экономичность регулирования зависит от затрат, связанных с реализацией данного способа регулирования скорости и от потерь энергии при регулировании скорости. Возникающие при регулировании скорости потери определяют КПД двигателя:

,                                          (2.39)

где - мощность на валу двигателя.

При работе двигателя с переменной скоростью в разные промежутки времени на разных скоростях вращения можно подсчитывать так называемый средневзвешенный КПД за время регулирования скорости, состоящий из ступеней:

Вам также может быть полезна лекция "Вывих нижней челюсти".

.                                    (2.40)

Следовательно, экономичность регулирование определяется величиной потерь регулирования и продолжительностью работы с этими потерями.

7. Допустимая нагрузка двигателя при регулировании скорости также зависит от способа регулирования. Регулируемый двигатель должен полностью соответствовать требованиям производственного механизма в отношении момента и мощности для разных скоростей вращения. Допустимые значения мощности и момента зависят от момента нагрузки механизма. Допустимая нагрузка ограничивается нагревом двигателя, нагрев зависит от потери энергии в двигателе, которые в свою очередь определяются главным образом величиной тока, потребляемого двигателем.

Таким образом, условием полного использования двигателя при работе на разных регулировочных характеристиках является постоянство величины нагрузочного тока. Если при работе на всех характеристиках величина тока будет равна номинальному току двигателя, то это и будет означать, что двигатель загружен полностью на всех скоростях. При этом предполагается, что условия охлаждения двигателя остается неизменным при любых скоростях вращения.

Допустимые значения мощности и момента двигателя будут зависеть от способа регулирования скорости. Для двигателей постоянного и переменного тока можно осуществлять две зоны регулирования. При напряжениях, меньших номинальному значения, т.е. при мощностях не превышающих номинальное значение, регулирование должно осуществляться с постоянным допустимым моментом (например, для двигателя постоянного тока (). В этом случае , это первая зона регулирования (рис. 2.16).

При достижении номинальный мощности регулирование должно осуществляться при постоянной мощности .  Допустимый момент при это уменьшается.