книги из ГПНТБ / Основы автоматизированного электропривода учеб. пособие

влять тормозцой спуск грузов при пониженной скорости с рекуперацией энергии в сеть в приводах подъемных механизмов. Зоны, соответствующие режиму рекупера­ тивного торможения, отмечены на рис. 5-3 вертикальной штриховкой.

При работе Д в рассматриваемом режиме так же, как и в двигательном, осуществляется трехкратное преобра­ зование энергии, но с обратным направлением потока энергии, а именно: поступающая на вал Д механическая энергия преобразуется в электрическую, которая пере­ дается Г, работающему в этих условиях в двигательном режиме; механическая энергия с вала Г передается ДГ, который преобразует ее в электрическую энергию перемен­ ного тока и передает последнюю в питающую сеть.

При оценке экономических показателей системы Г — Д следует прежде всего обратить внимание на тот факт, что поток энергии, передаваемой приводом рабочему меха­ низму, последовательно проходит через двигатель генера­ тора ДГ, генератор Г и двигатель Д. В связи с этим мощность каждой из указанных машин должна быть не меньше полной мощности, передаваемой нагрузке. Если считать, что номинальная мощность двигателя Ри д равна мощности нагрузки, то суммарная мощность элект­ рических машин системы Г — Д

где Рп Г) Рц.д . г — номинальные значения мощности соот­ ветственно Г и ДГ.

Если учесть, что при выборе генератора Г и его привод­ ного двигателя Д Г следует руководствоваться соотноше­

ниями Рц.г ■Рц.д/’Пн.д я Рц. дг ^н.г/Чн.п э также учесть дискретный характер ряда номинальных значений

мощности электрических машин, то на практике обычно имеет место соотношение

Таким образом, для регулирования скорости двигателя постоянного тока в системе Г — Д необходим преобразо­ ватель энергии (ДГ — Г), установленная мощность кото­ рого в 2,5—3 раза превышает мощность регулируемого двигателя. При этом следует иметь в виду, что речь идет

230

о вращающемся преобразователе, для монтажа которого необходим специальный фундамент.

Для оценки энергетических показателей системы Г — Д рассмотрим зависимость к. п. д. и коэффициента мощности установки от скорости. Для машин постоянного тока Г и Д к. п. д. может быть определен как отношение электро­ магнитной мощности двигателя 1 \ — Ел1п = соМ к элек­ тромагнитной мощности, вырабатываемой генератором

Рг = ЕГ1Я.

Отсюда

^_Дд_Ея _ m

Исключая с помощью (5-7) и (5-8) в полученном выра­ жении значение юог.д, находим:

Если принять, что в качестве генератора и двигателя используются машины с одинаковыми параметрами, то, переходя к относительным единицам, можно записать:

Г — Д зависит от загрузки двигателя и, кроме того, при одинаковых значениях скорости выше, чем при реостатном регулировании.

Для оценки к. п. д. всей установки необходимо учесть также потери в ДГ. Если в качестве последнего исполь­ зуется асинхронный двигатель, то для определения его к. п. д., как это следует из (2-68), необходимо найти сколь­ жение. Момент на валу Д Г без учета механических потерь равен электромагнитному моменту генератора

■^ад = (<В* Т?я2 *7д *) 1я*Мц.ад == (ш* -f- Т?я2 *М*) М^МЯ_ЯЯ.

(5-13)

231

руемого двигателя Д приводит к заметному уменьшению коэффициента мощности.

232

Как указывалось в § 4-1, нижний предел регулирова­ ния скорости, а следовательно, и диапазон регулирова­ ния определяются прежде всего жесткостью механических характеристик. Если к электроприводу не предъярляются специальные требования в отношении точности поддержа­

С другой стороны, наибольшая скорость при UH = Ег.н

Тогда предельное значение диапазона регулирования

СОде (АФц)2 л _^ое

М„ ' Р г _ д | — 1 . ( 5 - 1 8 )

Переходя в полученном выражении к относительным единицам при условии, что в качестве генератора исполь­ зуется электрическая машина с такими же параметрами, как у двигателя, находим:

233

Для выпускаемых электрических машин постоянного тока независимого возбуждения значения /?п* в соответст­ вии с рис. 2-4 лежат в пределах 0,13—0,03. При указан­ ных условиях 1}Макс = 7 -г- 15. Такое значение диапазона регулирования скорости обу­

определенной точностью. Для оценки точности регулирова­ ния можно воспользоваться ' величиной относительного отклонения скорости от заданного значения

величины используется другой параметр, а именно статизм механической характеристики системы электропри­ вода, под которым понимается отношение изменения ско­ рости двигателя Дсо,,, показанное на рис. 5-7 и вызванное изменением нагрузки на его валу от идеального холостого хода до номинальной, к скорости холостого хода соор на заданной регулировочной характеристике

234

или в относительных единицах

Из полученного выражения следует, что для системы Г — Д, характеризующейся постоянством жесткости регу­ лировочных характеристик, со снижением скорости растет статизм или, что то же самое, снижается точность регули­ рования. Если задана величина sa, то минимальная ско­ рость холостого хода равна:

статизма приводит к необходимости сужения пределов регулирования скорости привода. Так, для машин средней

Для расширения диапазона регулирования скорости при высокой точности, т. е. низком статизме, необходимо увеличение модуля жесткости механических характери­ стик электропривода. Поставленная задача может быть решена при использовании замкнутых систем электро­ привода.

Существуют разомкнутые и замкнутые системы элект­ ропривода. В первых из них изменение регулируемой ве­ личины (например, скорости двигателя) при заданном входном сигнале (например, токе возбуждения генератора системы Г — Д) определяется внутренними свойствами системы и не корректируется при изменении возмущаю­ щих. воздействий, которыми является статический момент нагрузки, изменение сопротивления обмоток и т, д. Поэ­ тому для таких систем характерным является ограничен­ ная точность регулирования. Указанный недостаток может быть в значительной мере ликвидирован при использова-

235

нин замкнутых систем автоматизированного электропри­ вода.

Замкнутые системы характеризуются тем, что в них существуют определенные устройства, называемые датчи­ ками, которые дают информацию о действительном значе­ нии регулируемой величины (чаще всего скорости двига­ теля) и эта информация используется для направленного воздействия на силовые элементы (например, электромашинный преобразователь) с целью поддержания регулируе­ мой величины в заданных пределах. Указанное воздейст­ вие осуществляется с помощью обратных связей, которые представляют собой соединение выхода системы (место установки датчика) с ее входом (местом ввода в нее задаю­ щего сигнала) через промежуточные элементы, и имеет целью более точное регулирование. Наличие датчиков и обратных связей является необходимой особенностью замкнутых систем. В этих системах поддержание регули­ руемой величины в заданных пределах производится путем сравнения задающего сигнала с сигналом обратной связи, который определяется действительным ходом регулируе­ мого процесса.

Основное достоинство замкнутых систем заключается в большой точности регулирования. Однако необходи­ мость в дополнительных элементах, связанных с осуществ­ лением обратных связей, приводит к усложнению и удоро­ жанию систем электропривода. Замкнутые системы имеют большие возможности для регулирования но сравнению с разомкнутыми, но сложнее и дороже их. Поэтому в тех­ нике используются как разомкнутые, так и замкнутые системы электропривода. Выбор типа системы опреде­ ляется условиями конкретной задачи.

При рассмотрении различных систем электропривода одним из основных вопросов является анализ жесткости механических характеристик. Этот анализ будет непол­ ным, если в указанной связи не рассмотреть возможности замкнутых систем, без которых немыслим современный электропривод.

Далее рассматриваются примеры некоторых характер­ ных замкнутых систем электропривода, имеющих большое распространение в технике.

Для случая, когда заданы диапазон регулирования скорости D3 и статизм s3, из (5-22) может быть определено необходимое значение модуля жесткости механической характеристики, соответствующее минимальной скорости,

236

| Рз* I = D3/s3. При этом, если | Р3* | ф | рг_д* |, то воз­ никает задача изменения э. д. с. генератора с изменением нагрузки двигателя. Иа рис. 5-8 представлен случай, когда | Рз* | > | Рг-д* I- Очевидно, что для получения механиче­ ской характеристики с модулем жесткости | рз* | необхо­ димо в данном случае с ростом нагрузки двигателя увеличи­ вать значения Ег. Действительно, если э. д. с. генератора

соответствует точка на механической характеристике с жёсткостью рг_д

где

*т=(А:Фя)2(Тр ^ т - т^ т ).

Таким образом, для получения механической характе­ ристики с жесткостью | рз | > | Рг-д I э. д. с. генератора

237

должна изменяться по линейному закону в зависимости от момента или, что то же самое, от тока якоря двигателя, как показано на рис. 5-9, а.

Подстановка полученного значения Ег (/я) в (5-8) дает:

Анализ этого выражения показывает, что при управле­ нии э. д. с. генератора в функции тока якоря можно полу-

со

Рпс. 5-9. Зависимость о. д. с. генератора от мо­ мента при | Р | > I Рг-д I («) и механические ха­

рактеристики системы Г — Д (б). 1 — при А-т = 0;

2 А’т (АФ„)-/| Рг„д I; 3 — А'т (А-Фн)-/| Рг_д |.

чить любую жесткость механических характеристик элек­ тропривода. В частности,

На рис. 5-9, б пунктирной линией обозначена характе­ ристика 1, соответствующая неизменному значению э. д. с. генератора. При этом ток в обмотке возбуждения послед­ него при любых нагрузках двигателя остается неизменным. Приведенные на рис. 5-9, б характеристики 2 и 3 в соот­ ветствии с изложенными соображениями получаются при изменении э. д. с. генератора, вызываемом изменениями тока возбуждения в функции нагрузки двигателя. Для осуществления такого управления током возбуждения необходимы обратные связи.

Из графиков на рис. 5-8 видно, что механическая ха­ рактеристика замкнутой системы электропривода пред­

238

ставляет собой геометрическое место точек, каждая из которых принадлежит определенной характеристике разом­ кнутой системы, соответствующей неизменному значению регулирующей величины, в данном случае э. д. с. гене­ ратора.

Для реализации рассматриваемого способа управле­ ния Ег питание обмотки возбуждения генератора, как правило, осуществляется от усилителя У (рис. 5-10), в качестве которого могут использоваться электромашинный или магнитный усилитель или усилитель, выполненный иа базе управляемых вентилей — тиристоров, тиратро­ нов, ртутных выпрямителей и т. п. Выбор типа усили­ теля определяется мощностью генератора и особенно­ стями его работы. В частности, для электроприводов мощ­

Последнее снимается либо с дополнительных полюсов двигателя и генератора, либо с

шунта, включаемого в якорную цепь. В ряде случаев для этой цели используется специальный магнитный усилитель, по обмотке управления которого проходит ток / я. Преиму­ ществом такого устройства является отсутствие гальва­ нической связи цепей управления с главной цепью элект­ рических машин. Полярность напряжений на входе уси­ лителя такова, что они арифметически складываются, т. е. суммарное входное напряжение усилителя

UBSL — U -f- U0чт.

При такрм согласовании иа входе системы электропри­ вода задающего сигнала и сигнала, пропорционального току якоря, имеет место положительная обратная связь по току.

Рабочий участок характеристики «вход — выход» уси­

239