книги из ГПНТБ / Основы автоматизированного электропривода учеб. пособие

кое значение модуля жесткости механической характери­ стики, то нижний предел угловой скорости может быть определен следующим образом’ (рис. 4-1):

К>М1Ш— М с /| Р |мин*

Важным показателем качества регулирования угловой скорости электроприводов является плавность регу­ лирования, которая характеризуется разностью двух последовательных значений скорости, представляющих собой ступени регулирования. Чем меньше эта разность, тем более плавно осуществляется регулирование. Часто для оценки данного показателя вводят понятие коэффи­ циента плавности регулирования, под которым пони­

мается отношение двух сосед­ них ступеней скорости.

tpco = coi/ a ) i _ 1 ,

где со;, соj_x — значения угло­ вой скорости двигателя на г-йи г—1-й сту­ пенях регули­ рования; при­ чем сог >©!_!.

Наиболее плавное регу­ лирование будет иметь место при фм 1.

Плавность регулирования скорости определяется ря­ дом факторов, связанных с технической реализацией спо­ соба изменения параметров электрических цепей. В боль­ шинстве случаев она зависит от мощности электрической цепи, параметры которой изменяются с целью регулиро­ вания скорости. Регулирование скорости путем измене­ ния сопротивлений в главных цепях двигателей средней и большой мощности обычно осуществляется с помощью коммутирующих аппаратов, число которых должно быть ограничено. При этих условиях регулирование скорости оказывается ступенчатым, так как снижение коэффи­ циента плавности приводит к увеличению числа комму­ тирующих аппаратов.

Если же для регулирования угловой скорости следует изменять параметры цепей относительно малой мощ­ ности, то, как правило, нет необходимости в специальных

160

первоначальные затраты, необходимые для установки соответствующего электрооборудования, а также эксплу­ атационные расходы. При оценке первоначальных за­ трат исходят из стоимости оборудования регулируемого электропривода. В ряде случаев этот показатель может быть оценен косвенными методами, например по величине установленной мощности электрооборудования. При этом последнюю обычно относят к установленной мощности электродвигателя. Иногда помимо стоимости электро­ оборудования бывает необходимо оценивать также его массу и габариты.

Эксплуатационные затраты, как правило, оцениваются косвенным методом, главным образом по технико-энер­ гетическим показателям: к. п. д. и коэффициенту мощ­ ности при регулировании скорости. При этом в тех слу­ чаях, когда в течение рабочего цикла устанавливается ряд скоростей двигателя, следует определять средние за этот цикл значения к. п. д. и коэффициента мощности по общему правилу интегральной оценки средних зна­ чений переменных величин. Полагая значения к. п. д. и коэффициента мощности функциями угловой скорости

“ мнм

где (йд1акс, сомин — соответственно наибольшее л наимень­ шее значения скорости в заданной зоне регулирования.

Для регулирования угловой скорости различных элек­ тродвигателей необходимо изменять параметры их элек­ трических цепей или источника питания (напряжение, частота).

Этот вывод следует непосредственно из анализа эдектромеханических свойств двигателей и, в частности, из анализа уравнений их механических характеристик [см., например, (2-9), (2-35) и (2-55)]. В соответствии с ука­ занным положением обычно все способы регулирования скорости электроприводов подразделяются на парамет­ рические, т. е. связанные с изменением параметров элек-

162

трпческпх цепей двигателей, и способы регулирования, основанные на изменении напряжения источника пита­

Следует отметить, что регулируемые параметры элек­ трических цепей или значения напряжения источника питания могут оставаться неизменными во времени после установления заданного значения угловой скорости элек­ тропривода или могут периодически изменяться, откло­ няясь от заданного среднего значения. В первом случае речь идет о методах непрерывного регулирования ско­ рости, а во втором — о методах импульсного регулиро­ вания.

4-2. РЕОСТАТНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

Реостатное регулирование скорости электроприводов осуществляется путем изменения активных сопротивле­ ний резисторов, включенных в главные цепи двигателей. При этом для асинхронных двигателей имеются в виду резисторы, включаемые в цепи ротора или статора, а для двигателей постоянного тока — резисторы, включаемые

вцепи обмоток якоря.

Вкачестве резисторов (реостатов) применяются, как

правило, металлические.

Для двигателей малой мощности переключение сту­ пеней сопротивления может осуществляться с помощью плоского контролера, имеющего большое число переклю­ чающих контактов, благодаря чему коэффициент плав­ ности близок к единице. Для регулирования} скорости двигателей средпей мощности переключение ступеней сопротивления осуществляется с помощью контакторов. Число последних в схемах управления электроприводом должно быть ограничено в целях снижения стоимости электрооборудования и повышения надежности электро­ привода. Вследствие этого соседние ступени сопротивле­ ния могут заметно отличаться друг от друга. В этих случаях коэффициент плавности при регулировании ско­ рости может быть значительно больше единицы.

Способы реостатного регулирования скорости двига­ телей постоянного тока и асинхронных двигателей имеют много общего, а именно: регулирование скорости в дви­ гательном режиме производится вниз от основной ско­

рости; модуль жесткости механических характеристик уменьшается при снижении угловой скорости, а потери мощности в главной цепи при этом растут; диапазон регулирования ограничен; во всех случаях, кроме регу­ лирования скорости асинхронного двигателя изменением сопротивления в цепи статора, допустимый момент на­ грузки практически можно считать постоянным. Но вместе с тем существуют и специфические особенности регулировочных свойств каждого из двигателей. В связи с этим целесообразно раздельно рассмотреть реостатное регулирование для каждого типа двигателей.

а) Реостатное регулирование скорости двигателей постояиного тока

Схема включения двигателя постоянного тока неза­ висимого возбуждения, регулируемого с помощью рео­ стата в цепи якоря, представлена на рис. 4-2. Регулиро-

ванне скорости осуществляется путем изменения сопро­ тивления R n „. Все остальные параметры схемы остаются неизменными. В частности, остается неизменным и ток возбуждения, а значит, и поток возбуждения двигателя: Ф = Фн. Если считать, что для всех значений угловой скорости допустимым по условиям нагрева током якоря является его номинальный ток, т. е. / я доп = / я н, то допустимый момент при регулировании скорости равен:

164

Таким образом, при реостатном регулировании ско­ рости допустимый момент на валу двигателя не зависит от скорости и равен его номинальному моменту. Йцаче говоря, реостатное регулирование скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения может быть осуществлено при постоянном допустимом моменте ста­ тической нагрузки.

Из анализа уравнения ме­ ханической характеристики (2-9) следует, что при изме­ нении R n я возможно регу­ лирование угловой скорости только вниз от основной ско­ рости. На рис. 4-3 представ­ лены механические характе­ ристики двигателя при рео­ статном регулировании ско­ рости. В двигательном, режиме они все лежат ниже его естественной характери­ стики.

Из уравнения механиче­ ской характеристики следует,

что при постоянном моменте двигателя его угловая ско­ рость является линейной функцией сопротивления регу­ лировочного реостата

значении М.

Последний член в (4-4) представляет собой падение скорости, обусловленное введением добавочного сопро­ тивления. На рис. 4-4 представлены зависимости со (Дп я) для ряда значений М = const. Из анализа (4-4) и зави­ симостей со (Дп. я) на рис. 4-4 следует, что по мере сниже­ ния момента на валу двигателя реостатное регулирова­ ние скорости становится малоэффективным, а при М —>■ -> 0 изменение сопротивления в цепи якоря практически не приводит к изменению скорости.

165

При реостатном регулировании модуль жесткости механических характеристик снижается по мере умень­ шения скорости. Этот вывод следует из анализа характе­ ристик на рис. 4-3 и из (2-16). Данное обстоятельство ограничивает диапазон регулирования скорости. В тех случаях, когда бывает задано значение минимального модуля жесткости механических характеристик |Р |мш„ наи­ меньшая скорость при номинальном моменте на валу согласно (2-14) и (2-16) будет равна:

Из (4-5) следует, что с уменьшением заданного значе­ ния |Р*|Ш1„ увеличивается диапазон регулирования. На величину D влияет также внутреннее сопротивление дви­ гателя: с увеличением Rn% диапазон регулирования уменьшается.

Часто вместо значения минимальной жесткости ха­ рактеристик задают наибольшее отклонение момента ста­ тической нагрузки ДД/с.доп, приводящего к остановке двигателя. В этом случае Л/к. 0 = М п ДЛ/С.доп. При этом в соответствии с (2-14)

Тогда

лирования скорости двигателей постоянного тока неза­ висимого возбуждения при условии М с = const диапазон регулирования обычно не превосходит 2—2,5.

Диапазон регулирования в рассматриваемой схеме ограничен также из-за увеличения потерь энергии при ре-

166

гулировании и соответствующего снижения к. п. д. Дей­ ствительно, при постоянном моменте иа валу двигателя мощность, потребляемая из сети, также остается постоян­ ной

Pc — UCI я = щ М - const,

тогда как его механическая мощность

Рм =

снижается с уменьшением угловой скорости, а потери мощпости возрастают пропорционально падению ско­ рости ДРЭЛ = А соМ. Таким образом, в случае регулиро­ вания скорости при М — const

(4-7)

Среднее значение к. и. д. в заданном диапазоне регу­ лирования может быть определено из (4-2а) при подста­ новке в него (4-7)

рактеристике.

При реостатном регулировании скорости двигателей постоянного тока последовательного и смешанного воз­ буждения также изменяется добавочное сопротивление в цепи якоря. В этом случае основные показатели регу­ лирования остаются такими же, как и у двигателей с не­ зависимым возбуждением. В частности, допустимый мо­ мент остается неизменным и равным номинальному в силу

Из (2-35а) следует, что при постоянном значении мо­ мента зависимость скорости двигателей последовательного

и смешанного возбуждения от величины сопротивлений

вцепи якоря является линейной. Для построения зави­ симостей со (R„) при М = const можно воспользоваться

естественной механической характеристикой двигателя и зависимостью М (7Я). С помощью последней при'за­ данном М определяется значение / я и величина сопротив­ ления цепи якоря при со = 0 по формуле R a_0 = £/с// я- Соответствующие построения показаны на рис. 4-5. Сле­ дует подчеркнуть, что с помощью зависимостей со (Rn)

167

Рис. 4-5. К построению механических характеристик двигателей последовательного (а) и смешанного (б) возбуждения при реостатном регулировании скорости.

168

могут быть построены реостатные механические харак­ теристики для заданных значений R a Аналогичный метод может быть использован и для построения скоростных характеристик двигателей последовательного и смешан­ ного возбуждения.

Значения скорости на искусственных реостатных ха­ рактеристиках могут быть определены и расчетным путем

рис. 4-5, показывает, что при малых значениях момента реостатное регулирование скорости двигателей последо­ вательного и смешанного возбуждения неэффективно.

б) Реостатное регулирование скорости асинхронных двигателей

Реостатное регулирование угловой скорости асин­ хронных двигателей может осуществляться различными

ния в цепи статора.

При включении симметричных сопротивлений в цепи ротора изменяется значение критического скольжения,

169