Методичка-все лекции по КЭП_ver_9.09

регулювання швидкості здійснюється вгору від основної. У міру зростання швидкості знижується модуль жорсткості механічних характеристик, що обмежує діапазон регулювання частоти обертання. Крім того, верхня межа регулювання швидкості обмежується механічною міцністю елементів якоря машини - бандажів обмотки якоря; колектора і т. д. Вітчизняна електротехнічна промисловість випускає двигуни, розраховані на регулювання швидкості ослабленням потоку в діапазоні до 1 : 8.

Оцінюючи енергетичні показники даного способу регулювання швидкості ДПС НЗ, необхідно зазначити, що втрати в силовому колі двигуна і його ККД такі ж, як і при роботі на природній характеристиці. Слід також враховувати, що у зв'язку з відносно малою потужністю кола обмотки збудження в порівнянні з номінальною потужністю двигуна витрати на регулювальні пристрої (реостати або перетворювачі) в колі обмотки збудження невеликі.

Двигуни незалежного збудження, регульовані шляхом ослаблення потоку, широко застосовуються для приводів механізмів, потужність яких зі зміною швидкості залишається постійною.

3. Регулювання швидкості обертання у системі «перетворювач частоти – двигун змінного струму»

Цей спосіб перспективний як для окремих регульованих АД і СД, так і при одночасній зміні швидкості кількох АД, що приводять у рух групи механізмів - текстильних машин, конвеєрів, рольгангів і т. д. Коли потрібно отримати високі швидкості, наприклад, центрифуг, шліфувальних верстатів, регулювання швидкості АД зміною частоти напруги живлення переважно, а в деяких випадках це єдиний з існуючих способів.

При регулюванні частоти необхідно змінювати і значення живлячої двигун напруги.

Розрахунок механічних характеристик АД при частотному регулюванні швидкості ведеться в такій послідовності.

1.Розраховується значення критичного моменту АД при частотному регулювання

2.Розраховується значення критичного - ковзання АД при частотному регулюванні

3.Механічні характеристики будуються за формулою Клосса.

51

Лекція № 12. Керуючі пристрої КЕП. Основи проектування низьковольтних комплектних пристроїв (НКП)

Низьковольтним комплектним пристроєм називають електротехнічний пристрій заводського виконання із змінною напругою до 1000 В і постійною до 1200 В, який представляє собою сукупність електричних апаратів, приладів та іншого електрообладнання. Що змонтовані на одній конструктивній основі і призначені для виконання функцій керування, розподілу, трансформації, захисту вимірювання і сигналізації.

1. Основні параметри, що визначають конструкцію НКП

Конструктивний вигляд НКП визначають наступні параметри: ступінь захисту оболонки; умови експлуатації, зберігання і транспортування в частині впливу кліматичних і механічних факторів зовнішнього середовища.

Ступінь захисту оболонок за ГОСТ 14254-96 (міжнародний стандарт) характеризується двома показниками: ступінню захисту персонала від торкання до струмоведучих частин, що знаходяться всередині оболонки (перша цифра у позначенні); ступінню захисту електрообладнання, що знаходиться всередині оболонки, від проникнення води (друга цифра у позначенні)

НКП в різних кліматичних виконаннях в залежності від місця розміщення при експлуатації виконують за наступними категоріями:

1.Для роботи на відкритому повітрі.

2.Для роботи в приміщеннях, де коливання температури і вологості не суттєво відрізняються від коливань температури і вологості на відкритому повітрі і є відносно легкий доступ зовнішнього повітря.

3.Для роботи в закритих приміщеннях з природною вентиляцією без штучно регульованих кліматичних умов.

4.Для роботи в закритих приміщеннях із штучно регульованими кліматичними умовами (приміщення із кондиціонованим, або частково кондиціонованим повітрям, лабораторні, капітально жилі приміщення).

НКП загальнопромислового виконання повинні експлуатуватися на висоті не більше 1000 м над рівнем моря.

2. Загальні вимоги до НКП

До загальних технічних вимог до НКП відносять: міцність ізоляції силових кіл, стійкість конструкції до ударних струмів короткого замикання, безпечність при експлуатації, зручність при експлуатації і ремонті, надійність пристрою.

52

Опір електричної ізоляції всіх струмоведучих частин за нормальних умов повинен бути не менше 1 МОм. Ізоляція елементів і апаратів НКП в вхолодному стані повинна витримувати вплив випробовувальної напруги змінного струму частотою 50 Гц протягом 1 хвилини.

Номінальні струми і найбільші допустимі значення ударних струмів наведені в таблиці.

Конструкція НКП в частині забезпечення безпеки повинна відповідати ГОСТ 12.2.007.0 – 75.

Від неізольованих частин до загороджень повинні бути забезпечені відстані не менше 100 мм при сітках, 50 мм при суцільних знімних загородженнях.

У всіх видах НКП при напрузі в колах понад 36 В необхідно виконувати заземлення. Дозволяється не заземлювати:

а) апаратуру, що встановлена на заземлених металічних конструкціях,якщо при цьому на опорних поверхнях зачищені і не зафарбовані місця для забезпечення електричного контакту;

б) з’ємні, або такі, що відкриваються, металічні частини НКП, якщо на них не встановлені апарати, чи прилади.

в) окремі частини збірних металоконструкцій НКП, якщо болтові з’єднання забезпечують з’єднання окремих частин з гарантією електричного контакту в усій металоконструкції.

На НКП з напругою понад 660 Наноситься знак «Висока напруга!» Вимоги до розташування апаратів. Апарати повинні встановлюватися на

висоті не менше ніж 400 мм від підлоги. Апарати оперативного призначення повинні бути легкодоступними і монтуватися на висоті не більше 1800 мм від рівня підлоги. Монтаж кіл керування повинен виконуватися мідним проводом. Для перерізів більше 10мм2 дозволяється використовувати проводи з алюмінієвою жилою.

Рекомендується виконувати електротехнічний монтаж проводом наступного кольору:

Силові кола змінного і постійного струму – чорний (темно-коричневий);

53

Кола керування змінного струму – червоний (оранжевий, розовий); Кола керування постійного струму – синій (фіолетовий); Кола заземлення – жовто-зелений;

Кола, що з’єднуються із нульовим проводом і не призначені для заземлення – блакитний (сірий або білий).

Затискачі, а також кінці проводів повинні мати маркування відповідно до монтажної схеми.

3. Система типових конструкцій НКП

Складові частини НКП знаходяться в ієрархічній залежності і групуються в окремі порядки в залежності від рівня їх входи мості. Структурна схема типових уніфікованих конструкцій показана на рис. Всі конструкції розбиті на 6 порядків.

Рис.1. Структурна схема типових уніфікованих конструкцій НКП

Конструкції нульового порядку: плити ізоляційні, перфоплити монтажні металічні, кріплення рейкові, плати монтажні.

Конструкції першого порядку: рами, призначені для встановлення на них апаратури, зібраної на плитах або рейках, рами зварюються із сортової кутової сталі. До конструкцій першого порядку також відносять плати монтажні видвижні захищені і незахищені, зібрані із плат нульового порядку, вихідного роз’єму і лицьової панелі.

Конструкції другого порядку. Блоки керування з релейно-контакторною апаратурою керування збираються на ізоляційних або металічних перфоплитах і являють собою пристрої зібрані за функціональними схемами керування.

54

Конструкції третього порядку. Рами з встановленою на неї апаратурою, змонтованою за певною електричною схемою, являють собою панель керування відкритого виконання. До конструкцій третього порядку відносять каркаси вбудовані, в які встановлюються всувні блоки.

Конструкції четвертого порядку. До них відносять оболонки захищених та каркаси відкритих НКП.

Оболонка – частина НКП, що призначена для захисту людини від випадкового дотику до струмоведучих чи рухомих частин пристрою і для запобігання зовнішнього впливу на обладнання, що знаходиться всередині оболонки.

Відкритий каркас – об’ємна металічна збірна конструкція, призначена для монтажу в спеціальних електричних приміщенях.

Конструкції п’ятого порядку. Окремі функціональні пристрої керування електроприводами об’єднуються в комплектний пристрій, зібране в окремий крупноблочний щит.

4. Конструювання НКП

Забезпечення теплового режиму. В захищених НКП апаратура, яка встановлюється всередині оболонок виділяє значну кількість тепла, яке може порушити тепловий режим пристрою. Відносно точний тепловий розрахунок можливий для відносно простих пристроїв. Для складних НКП з великою кількістю джерел тепла такий розрахунок здебільшого носить оціночний характер. За тепловим режимом НКП може бути тепло навантаженим і тепло ненавантаженим. Для НКП розрізняють наступні системи охолодження: природно-повітряні, примусово-повітряні, рідинні, системи охолодження випарюванням.

Для забезпечення відводу тепла при природній системі охолодження конструкція повинна відповідати наступним вимогам:

1.Забезпечувати добре обтікання холодним повітрям всіх елементів.

2.Теплонавантажені елементи повинні ближче розташовуватися до стінок.

3.Теплочутливі елементи повинні бути захищені від обтікання нагрітим повітрям.

4.Від впливу променевого тепла теплочутливі елементи повинні захищатися екранами.

5.Теплонавантажені блоки повинні розміщуватися на відстані не менше 20 мм від стінок і основи для вільного протікання повітряних мас навколо блоків.

6.Теплонавантажені елементи повинні мати добрий контакт із несучими вузлами конструкції.

55

Лекція № 13. Система автоматичного регулювання з двигунами постійного струму

1.Системи підлеглого регулювання параметрів електропривода

Вданий час в електроприводі при створенні систем регулювання знайшов широке застосування принцип послідовної корекції або так званого підлеглого регулювання.

Сутність його полягає в наступному.

Об'єкт регулювання представляється у вигляді послідовно з'єднаних ланок, вихідними параметрами яких є істотні координати об'єкта, наприклад струм, напруга, ЕРС, магнітний потік, момент, швидкість, положення.

Для управління кожною з цих координат організується окремий регулятор, який утворює з об'єктом контур, замкнутий відповідної зворотним зв'язком.

Регулятори з'єднуються послідовно, так що вихід одного є входом іншого. При цьому замкнуті контури регулювання утворюють систему, в якій є внутрішній контур управління, складається з регулятора і одного з ланок об'єкта управління, перший зовнішній контур, що включає в себе внутрішній контур і наступна ланка об'єкта управління, другий зовнішній контур, що включає в себе перший і наступне ланка об'єкта управління і т. д.

Вихідний сигнал кожного зовнішнього контуру є задаючим для подальшого, укладеного всередині цього контуру.

Переваги підлеглого регулювання в порівнянні з паралельною корекцією полягають у спрощенні рішення задачі обмеження координат, полегшенні налагодження і, отже, скорочення термінів пуску об'єктів, у широких можливостях уніфікації вузлів керування різними об'єктами.

Недолік - деякий програш по швидкодії, пов'язаний з послідовним впливом на систему через внутрішні контури, а не відразу на вхідне коло об'єкта управління.

У більшості випадків конкретного застосування в електроприводі зазначений недолік несуттєвий, а перераховані вище переваги мають вирішальне значення.

Принцип підлеглого регулювання значно полегшує пошук передавальних функцій регуляторів і реалізацію бажаного управління.

Рис.1. Структура системи підлеглого регулювання

Відповідно до структури рис. 7.29 передатна функції замкнутої системи регулювання записується наступним чином:

56

де W p вибирається виходячи з вимог до динаміки об'єкта регулювання;

W1 p - шукана передаточна функція регулятора; Wв p - передатна функція внутрішнього контуру; Wв p - передавальна функція останньої ланки об'єкта

управління. Аналогічно записується передатна функція проміжного внутрішнього контуру.

Передавальна функція останнього внутрішнього контуру записується наступним чином:

де W p - бажана передатна функція замкнутого внутрішнього контуру;

W4 p - передавальна функція першої ланки об'єкта управління; W3 p -

шукана передаточна функція регулятора.

Для вибору бажаної передавальної функції був запропонований так званий технічний оптимум (оптимум по модулю, Beitrage-optimum), що відповідає передавальній функції коливальної ланки

приймають рівною некомпенсованій малій постійній часу об'єкту регулювання, яку неможливо компенсувати принципово чи недоцільно компенсувати з міркувань завадостійкості системи.

Коливальна ланка не забезпечує астатизму системи.

Тому у випадках, коли потрібно точне відтворення завдання в статиці при наявності сторонніх збурень, наприклад в системах стабілізації швидкості електродвигуна, застосовується додатковий інтегральний регулятор.

При налаштуванні на симетричний оптимум передаточна функція розімкнутого контуру регулювання перетвориться до виду

Wp p 1 4pT

4pT 2pT 1 pT

Тут через T позначена некомпенсована мала постійна часу для цього

випадку.

Системи, налаштовані на симетричний оптимум, не мають статичної

57

помилки, проте в такій системі при одиничному сигналі на вході перерегулювання досягає 55%, що потребує вжиття додаткових заходів щодо формування задаючого сигналу.

Оптимізацію системи з послідовною корекцією починають з внутрішнього контуру, послідовно переходячи до зовнішніх.

При переході до зовнішнього контуру передавальну функцію підлеглого контуру спрощують, апроксимуючи контур ланкою першого порядку, помилка апроксимації неістотна.

Нову некомпенсовані постійну вибирають з урахуванням швидкодії внутрішнього контуру і датчиків зворотного зв'язку.

Швидкодія кожного зовнішнього контуру не менш ніж в 2 рази нижче швидкодії підлеглого йому внутрішнього контуру. Обмеження координат виконується шляхом обмеження вихідних сигналів зовнішніх контурів. Структура тиристорного приводу з зовнішнім контуром швидкості та внутрішньою контуром струму якоря при незмінному потоці порушення зображена на рис. 2.

Рис.2. Функціональна схема електропривода типу КТЕ

Електроприводи з підлеглим регулюванням параметрів випускаються комплектно у вигляді тиристорних електроприводів постійного струму серії КТЕ (рис. 2). Ці електроприводи включають в себе двигуни постійного струму та керовані тиристорні перетворювачі для живлення кіл якоря і збудження. Електроприводи випускаються одно - і дводвигунні з одним або двома нерегульованими або регульованими нереверсивними і реверсивними перетворювачами, з регуляторами напруги або швидкості, без регулювання і зі ступінчастим або плавним регулюванням залежним магнітного потоку. Електроприводи забезпечують розгін двигуна з постійним прискоренням, зупинку з динамічним пригальмовуванням в нереверсивних приводах і з рекуперативним гальмуванням - в реверсивних.

Всі приводи працюють в режимі статичної та астатичній стабілізації швидкості двигуна при зміні навантаження та інших збурюючих факторів з автоматичним обмеженням якірного струму двигуна.

Системи управління електроприводів побудовані з підлеглим

58

регулюванням струму якоря двигуни з контурами швидкості або напрузі і з підлеглим регулюванням струму збудження двигуни з контурами швидкості і ЕРС. Електроприводи з регуляторами напруги виконуються з постійним магнітним потоком або з його ослабленням в один ступінь. Електроприводи з регуляторами швидкості виконуються з постійним або з плавно регульованим магнітним потоком за допомогою тиристорного збудника.

Регулювання швидкості двигуна здійснюється в діапазоні 1: 10 і електропри воді з регулятором напруги і 1: 50 - з регулятором швидкості. Час відновлення швидкості при поштовху навантаження від нуля до номінальної становить не більше 2 з помилкою не вище 0,2% при застосуванні прецизійного тахогенератора. Залежна система керування полем двигуна забезпечує кратність формування збудження в діапазоні (2-6): 1. У режимі струмового відсічення швидкість змінюється від номінальної до нуля при 10% зміни струму якоря вище його номінального значення.

Функціональна схема нереверсивного електроприводу з регулятором напруги наведена на рис.2. Вона являє собою двоконтурну систему керування швидкістю з регуляторами струму АА і напруги AV і задатчиком інтенсивності SJ.

Сигнал завдання напруги Uнз подається на вхід SJ, що здійснює лінійне

зростання uнз , що забезпечує постійне прискорення при розгоні двигуна. Далі

uнз надходить на Al, на який можуть подаватися ще сигнали від технологічних регуляторів і сигнали завдання виконавчого органу робочої машини.

Сумарний сигнал завдання є задаючим сигналом контуру напруги uнз та

разом з сигналом зворотного зв'язку подається на регулятор напруги АV, який виконується або пропорційним типу. П (реле КА включено), або пропорційно-інтегральним типу ПІ (реле КА вимкнено). У першому випадку система регулювання напруги та швидкості є статичною при збуреннях за навантаженням, а в другому – астатичною.

Сигнал зворотного зв'язку по напрузі uнз надходить з датчика напруги UV,

що здійснює потенційну розв'язку між силовим ланцюгом якоря і ланцюгом управління. Змінна складова згладжується фільтром на виході А5.

Напруга виходу AV є задає сигналом контуру струмуuтз , який разом з

сигналом зворотного зв'язку по струму подається на ПІ регулятор струму. Напруга зворотного зв'язку uнз надходить з датчика струму UА, що має

потенційну розв'язку з силовим ланцюгом.

Для підвищення жорсткості механічних характеристик приводу використовується IR-компенсація, яка полягає в тому, що на підсилювачі А5 формується сигнал у вигляді різниці напруги на двигуні і падіння напруги на якорі. При повній IR-компенсації регулятор напруги працює як регулятор

59

ЕРС двигуна. При перевищенні навантаження вище допустимої струм двигуна обмежується значенням сигналу завдання Uтэ .За рахунок обмеження напруги виходу регулятора напруги, здійснюваного діодним мостом V з опорною напругою. Обмеження встановлюється резистором RP.

60