книги из ГПНТБ / Андрющенко, В. А. Автоматизированный электропривод систем управления учеб. пособие

Разность этих мощностей представляет собой мощность потерь, выделяющуюся в виде тепла в цепи якоря электродвигателя

Однако включение добавочного сопротивления в цепь якоря снижает жесткость механических характеристик, что ухудшает регулировочные свойства электро­ двигателя. Для увеличения жест-

rl>rz>rs>r/l

1 \

0

кости механических характеристик используют схему управления электродвигателем, представленную на рис. 30, е. Здесь электро­ двигатель то подключается к источнику питания, то переводится в режим динамического торможения. Механические характери­ стики (рис. 33) показывают, что в данном случае возможно управ­ ление электродвигателем при холостом ходе. Так же, как и в пре­ дыдущем случае, данному способу регулирования присущи боль-

50

шие потери энергии в цепи якоря, в особенности при малых скоро­ стях.

Еще более жесткие механические характеристики (рис. 34) имеет электродвигатель, который включен по схеме, представленной на рис. 30, с. У этого электродвигателя две независимые обмотки воз­ буждения ОВх и OB2- Каждая из обмоток создает одинаковые по величине, но разные по направлению магнитные потоки.

При у =-- 1 электродвигатель с включенной обмоткой возбужде­ ния ОВг работает на естественной характеристике. Длительное переключение на обмотку возбуждения ОВ2 соответствует у - 0.

Это переводит работу электродвигателя на естественную характе­ ристику с противоположным направлением вращения. Промежу­

Рис. 35

Полученные механические характеристики подобны характери­ стикам, которые получаются при регулировании скорости враще­ ния изменением подводимого к электродвигателю напряжения.

Недостатком этой схемы управления электродвигателем, как и предыдущих схем, являются большие тепловые потери в цепи якоря,

некоторые схемы импульсного управления асинхронными электро­

веден в режим торможения противовключением (рис. 35, в). Регу­ лирование скорости вращения двухфазного асинхронного электро­ двигателя (рис. 35, г) осуществляется с помощью периодического

построению таких же характеристик для электродвигателей по­ стоянного тока. На рис. 36 построены семейства механических ха-

рактеристик асинхронных электродвигателей для различных зна­ чений у при импульсном управлении по схемам, приведенным на рис. 35.

Из рис. 36, а, б видно, что при регулировании скорости враще­ ния электродвигателей по схемам, которые изображены на рис. 35, а, б, диапазон регулирования с уменьшением момента нагрузки уменьшается. При использовании схемы рис. 35, в, как видно из ме­ ханических характеристик (рис. 36, в), появляется возможность управлять скоростью вращения при малых моментах нагрузки

Рис. 36

вотносительно большом диапазоне. Для двухфазного асинхрон­ ного электродвигателя механические характеристики при импульс­ ном управлении изображены на рис. 36, г.

Во всех вышеприведенных схемах жесткость искусственных ме­ ханических характеристик с уменьшением у уменьшается. Это не позволяет использовать импульсный метод в случаях, когда не до­ пустимы значительные изменения скорости вращения электропри­ вода при изменении момента нагрузки.

Основным недостатком рассмотренных схем импульсного регу­ лирования скорости вращения электродвигателей постоянного и переменного тока является наличие контактов в силовой цепи. Вы­ сокая скорость коммутации вызывает их быстрый износ. Для устра­ нения этого недостатка в импульсных системах управления в ка­ честве контактов могут быть использованы полупроводниковые триоды и диоды. Открытый триод или управляемый диод практи­ чески равноценен замкнутым контактам, а закрытый триод или

52

диод — разомкнутым контактам. Роль бесконтактного реле также могут выполнять дроссели насыщения. При отсутствии подмагничивающего тока сопротивление дросселя максимально, почти все напряжение сети падает на дроссель, момент электродвигателя ми­ нимальный. И, наоборот, при максимальном подмагничивании со­ противление дросселя минимально, момент двигателя максималь­ ный. Если периодически изменять ток подмагничивания от нуле­ вого до максимального значения, то получим режим, соответствую­ щий выключению и включению двигателя.

Поскольку импульсный метод управления скоростью вращения основан на поглощении части энергии, то к. п. д. электропривода при этом невелик, особенно если система работает на пониженных скоростях.

Тепловые потери концентрируются в основном в обмотке якоря. Наименьшие потери будут при импульсном регулировании скорости

Рис. 37

вращения путем изменения параметров якоря. Большие потери возникают, если импульсное управление сопровождается динами­ ческим торможением. И, наконец, наибольшие потери будут при использовании торможения противовключением.

Несмотря на ряд недостатков, импульсный метод управления скоростью вращения электроприводов находит довольно широкое использование, особенно в установках малой мощности, а также в случаях дистанционного или автоматического управления и ре­ гулирования.

На рио. 37 представлена простейшая схема импульсного управ­ ления скоростью вращения электропривода постоянного тока со стороны якоря электродвигателя Дв с помощью полупроводнико­ вого триода Т, работающего в ключевом режиме. При этом триод, находясь в режиме глубокого насыщения, коммутирует большую мощность в нагрузку, т. е. в обмотку якоря электродвигателя, при малой мощности рассеяния. Практически в этот момент времени к якорю электродвигателя прикладывается все напряжение пита­

53

ß— статический коэффициент усиления по току в схеме с об­ щим эмиттером при нормальном включении триода;

/?я — сопротивление якорной цепи электродвигателя. Поскольку задающий сигнал, управляющий скоростью движе­

ния электродвигателя, снимается с потенциометра П в виде напря­ жения постоянного тока, то для нормальной работы полупроводни­ кового ключа в схему введен импульсный преобразователь ИП. Последний преобразует постоянный или медленно меняющийся сигнал ис в последовательность импульсов с длительностью у --

=Ï ("с)-

Втечение первого интервала времени і3 (см. рис. 31) к якорной обмотке электродвигателя через открытый полупроводниковый

триод Т прикладывается напряжение un. Скорость электродвига­ теля увеличивается до некоторой величины со.,.

Во втором интервале времени /р , когда триод Т занерт, ток якоря электродвигателя / я , поддерживаемый э. д. с. самоиндукции

якорной обмотки, равной Ья—~ (где L n — индуктивное сопротив- dt

ление якорной обмотки), замыкается через шунтирующий диод Д. Вследствие этого ток в якоре электродвигателя может быть непре­ рывен. Кроме того, при шунтировании якорной обмотки диодом напряжение на коллекторе триода не повышается более ы(). В этом случае скорость электродвигателя уменьшается до величины (Oj.

Величины изменения скорости электродвигателя в периоды разгона и торможения определяются по формулам (5.5). В устано­ вившемся режиме величина скорости электродвигателя определяется как среднее значение скорости соср по формуле (5.4).

Механические характеристики электродвигателя постоянного тока, управляемого по рассмотренной схеме, изображены на рис. 32.

В этом случае при уменьшении нагрузочного момента величина скорости вращения электродвигателя, соответствующая значению м с р і> увеличится до значения соср 2 .

54

Ï 2 > Y l .

Рис. 38

скорость вращения электродвигателя повысится до величины соср 2 . Соответствующее изменение относительной длительности импуль­ сов достигается выполнением условий:

^31^^32' )

Поскольку у является функцией входного напряжения импульс­ ного преобразователя ис, то, следовательно, скорость электро­ привода будет изменяться в соответствии с'законом перемещения движка потенциометра П.

Частота коммутации полупроводникового ключа, нагрузкой которого является якорная обмотка электродвигателя, опреде-

55

двигателя.

Недостатком рассмотренной системы является невозможность реверсирования и отсутствие тормозных режимов. На рис. 39 при­ ведена мостовая схема, позволяющая осуществлять реверсирование

Рис. 39

электродвигателя Дв. Якорь электродвигателя включен в диаго­ наль моста, который состоит из сопротивления Rx, R2, Rs и /?4 и полупроводниковых триодов Тх и Т2, выполняющих функцию пере­ ключающих контактов. Питание управляющие цепи триодов по­

иуправления и в силовой цепи

-© — вызывает дополнительные потери0

ветствует времени t3, а продолжительность времени запертых трио­

— внутреннее сопротивление запертого триода и выпрямителя равно бесконечности;

56

Учитывая формулу (5.2), а также то обстоятельство, что скорость идеального холостого хода электродвигателя равна

по уравнению (5.18) и представленных на рис. 34, видно, что в рас­ смотренной системе возможен как двигательный, так и тормозной режимы работы.

§ 15. С Т А Б И Л И З А Ц И Я СКОРОСТИ В Р А Щ Е Н И Я Э Л Е К Т Р О П Р И В О Д О В ПРИ И М П У Л Ь С Н О М У П Р А В Л Е Н И И

Импульсный метод применяется не только для изменения уста­ новившейся средней скорости в широком диапазоне, но также и для стабилизации скорости вращения электродвигателей, служащих для привода систем управления технологическим оборудованием.

*

57

В этом случае используются различные скоростные регуляторы и обратные связи.

В качестве скоростных регуляторов, применяемых для поддер­ жания средней скорости вращения на постоянном уровне, довольно широкое применение получили контактные центробежные регуля­

ной связи w%. Обмотка w1 получает питание от сети постоянного тока через потенциометр П. С помощью этого потенциометра задается

ществляется за счет изменения режима работы электродвигателя. Совершенно аналогично работает схема стабилизации скорости вращения привода с электродвигателем переменного тока (рис. 42). Здесь электродвигатель работает либо в двигательном режиме,

когда

I awx I > I aw21,

58

либо отключается от сети переменного тока, если

! awi I < I awn I.

Применение обратной связи в схемах электропривода позволяет исключить влияние нагрузки на скорость вращения и уменьшить длительность перехода электродвигателя с одной скорости на дру­ гую.

Вопросы для самопроверки

1. В чем заключается сущность импульсного управления электропри­ водов?

2.Нарисуйте и объясните скоростные и механические характеристики электроприводов постоянного и переменного токов при импульсном управ­ лении.

3.За счет чего снижается коэффициент полезного действия системы при

импульсном регулировании скорости?

4.Каковы положительные качества импульсных систем управления электроприводами?

5.Как можно повысить точность стабилизации скорости вращения элек­

троприводов при импульсном управлении?

С Л Е Д Я Щ Е Г О Э Л Е К Т Р О П Р И В О Д А . К Л А С С И Ф И К А Ц И Я С Л Е Д Я Щ И Х Э Л Е К Т Р О П Р И В О Д О В

Следящим электроприводом называется замкнутая динамиче­ ская система, обеспечивающая с определенной точностью воспро­ изведение исполнительным механизмом движений, задаваемых уп­ равляющим устройством.

Функциональная схема типового следящего электропривода изображена на рис. 43. Такая схема может сама составить самостоя­ тельную систему или быть частью более сложной системы регули­ рования.

Входом следящего электропривода является задающее устрой­

59