1.4. Регулирование координат электропривода

1.4.1. Регулирование скорости

Основная функция электропривода состоит в Управлении его координатами: скоростью, моментом (током) и положением. Чаще всего регулируемой координатой является скорость, при этом регулирование скорости заключается в получении искусст­ венных характеристик.

Скорости рабочего органа и двигателя при вращательном

передаточное отношение редуктора. Следовательно, регулиро­ вание скорости рабочего органа может быть достигнуто за счет воздействия на двигатель или на механическую передачу, или одновременно на двигатель и передачу.

Механический способ регулирования связан с изменением передаточного отношения /. Этот способ применяется ограни­ ченно из-за сложности автоматизации технологического про­ цесса, малого набора регулируемых передач, невысокой надеж­ ности и экономичности.

Электрический способ предусматривает воздействие на двигатель при постоянных параметрах передачи. Этот способ обладает широкими регулировочными возможностями, эконо­ мичностью, простотой и находит наибольшее применение в электроприводе.

Комбинированный способ находит ограниченное примене­ ние в электроприводе металлообрабатывающих станков.

Рассмотрим применение электрического способа. На рис. 1.5 представлены естественная и искусственные механиче­ ские характеристики двигателя постоянного тока. Обе искусст­ венные характеристики (2 и 3) обеспечивают при статическом моменте Мсполучение одной и той же скорости (omin.

Регулирование скорости оценивается следующими показа­ телями:

1. Диапазон регулирования, определяется как отношен максимальной скорости к минимальной при данном способе ре­ гулирования

2. Стабильность скорости, которая характеризует измене­ ние скорости при возможных колебаниях момента нагрузки на валу. Этот показатель связан с жесткостью характеристики. Чем больше жесткость, тем стабильнее скорость. Стабильность ско­ рости на характеристиках 1 и 3 одинакова и больше, чем на ха­ рактеристике 2.

Рис. 1.5. К определению диапазона регулирования скорости

3. Плавность регулирования. Этот показатель определяется изменением скорости при переходе с одной искусственной ха­ рактеристики на другую. Чем больше можно получить искусст­ венных характеристик в заданном диапазоне изменения скоро­ сти, тем плавней происходит регулирование скорости.

4. Направление регулирования скорости. При регулирова­ нии скорости она может повышаться или понижаться по срав­ нению с работой на естественной характеристике при заданном моменте нагрузки. Если скорость изменяется в одну сторону, то говорят об однозонном регулировании; если скорость меняется в обе стороны, то говорят о двухзонном регулировании. Регули­ рование вверх связано с получением искусственных характери­ стик, располагаемых выше естественной, а регулирование вниз - с получением характеристик ниже естественной.

5. Допустимая нагрузка двигателя. Двигатель рассчитан для работы с номинальными параметрами, в этом случае он имеет нормативный нагрев и нормативный срок службы, кото­ рый составляет примерно 15-20 лет. При регулировании скоро­ сти двигатель работает на искусственных характеристиках при отличных от паспортных данных условиях. Для сохранения нормативного нагрева его нагрузка должна быть такой, чтобы ток двигателя не был выше номинального. Такая нагрузка назы­ вается допустимой. Регулирование по допустимым нагрузкам осуществляется при постоянной мощности или при постоянном моменте.

6. Экономичность регулирования. Одни и те же параметры при регулировании скорости могут быть обеспечены различны­ ми способами регулирования. При сопоставлении способов ре­ гулирования между собой проводится оценка их технико­ экономических показателей. Обычно варианты сравниваются по капитальным затратам и эксплуатационным расходам. Эффек­ тивность затрат оценивается по сроку их окупаемости с учетом нормативного срока окупаемости:

Ток - С0б / Цгод.эф>

где Соб - стоимость оборудования; Цгодэф - Цена годового эф­ фекта от использования оборудования. Если капитальные затра­ ты окупаются не более чем за 6-7 лет, то такое решение являет­ ся экономически обоснованным.

1.4.2.Регулирование положения

Вряде технологических процессов требуется перемещение исполнительных органов в заданную точку пространства и его остановку с заданной точностью. Это относится, в первую оче­ редь, к роботам и манипуляторам. Такое перемещение исполни­ тельного органа называется позиционированием. Оно достигает­

ся соответствующим регулированием положения вала двигате­ ля. Если не требуется высоких точности и качества движения, то позиционирование осуществляется с помощью путевых или ко­ нечных выключений. Они устанавливаются в заданных позици­ ях, и при подходе к ним исполнительного органа срабатывают

и отключают двигатель. Для обеспечения высокой точности по­ зиционирования формируется оптимальный график движения привода. Такой типовой график состоит из трех участков: разго­ на, движения с установившейся скоростью и торможения (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Оптимальный график движения

электропривода при регулировании положения

График движения предусматривает формирование графи­ ков момента двигателя и его скорости. Точное позиционирова­ ние, как правило, обеспечивается в замкнутой системе электро­ привода по системе преобразователь-двигатель.

1.4.3.Регулирование момента и тока

Внекоторых механических процессах, например прокатка металла, изготовление провода и др., требуется, чтобы исполни­ тельные органы создавали необходимое натяжение материала. Это достигается за счет регулирования момента на рабочих ор­ ганах соответствующих машин. Во многих случаях требуется ограничивать момент для предотвращения поломки механизма, например бурение скважин, заклинивание передач и т.д. Разви­ ваемый момент двигателя можно записать в виде М - к Ф/. Та­ ким образом, за счет регулирования магнитного потока и тока можно ограничивать момент.

Ограничение момента и тока представляет самостоятель­ ную задачу при рассмотрении процесса пуска двигателей. Так, пусковой ток двигателя постоянного тока не должен быть боль­ ше (2-3 )/н- При пуске мощных двигателей переменного тока его также ограничивают, чтобы не снижать величину питающего напряжения. При анализе процесса регулирования тока удобно пользоваться электромеханическими характеристиками со =fij), а при регулировании момента - механическими характеристи­ ками со

Рис. 1.7. Пусковые диаграммы двигателя в разомкнутом ЭП (а) и в замкнутом ЭП (б)

На рис. 1.7 показаны пусковые диаграммы двигателя по­ стоянного тока с независимым возбуждением, поясняющие ог­ раничение тока и момента при пуске в разомкнутом и замкну­ том электроприводе. Из представленных диаграмм следует, что при пуске двигателя осуществляется регулирование тока в пре­ делах 1\ - 1г, момента в пределах М\ - М2. Регулирование коор­ динат осуществляется с невысокой точностью. Для повышения точности нужно сузить диапазон изменения координат, т.е. уве­ личить число ступеней. Этот способ применяется в разомкнутых электроприводах и называется параметрическим. Он отличается простотой реализации, но невысокой точностью. В замкнутых системах можно получить высокую точность регулирования (ограничения) момента и тока.