Показатели качества регулирования угловой скорости электроприводов. Показатели регулирования скорости электропривода


Показатели регулирования скорости электроприводов | Онлайн журнал электрика

Характеристики регулирования скорости электроприводовРегулированием скорости является принудительное изменение скорости мотора в целях регулирования скорости движения исполнительных органов машин и устройств. В общем случае регулирование скорости движков – а под этим понимается также и поддержание скорости на данном уровне – может осуществляться 2-мя методами – параметрическим и в замкнутых системах.

При параметрическом методе регулирование достигается конфигурацией каких-то характеристик электронных цепей движков либо питающего напряжения за счет включения, к примеру, разных дополнительных частей: резисторов, конденсаторов, индуктивностей. Качество такового регулирования скорости обычно оказывается не очень высочайшим.

По мере надобности получения процесса регулирования скорости с высочайшими высококачественными показателями перебегают к замкнутым системам электропривода, в каких воздействие на движок обычно осуществляется конфигурацией подводимого к движку напряжения, либо частоты этого напряжения, либо того и другого. Для этой цели служат разные силовые преобразователи неизменного и переменного тока.

Регулирование скорости в количественном отношении характеризуется шестью основными показателями.

Характеристики регулирования скорости электроприводов1. Спектр регулирования определяется отношением наибольшей ωмах и малой скоростей ωмин: Д = ωмах / ωмин при данных границах конфигурации нагрузки на валу мотора.

Разные рабочие машины требуют различных диапазонов регулирования. Так, прокатные станы характеризуются спектром Д = 20 — 50, станки от Д = 3 — 4 до Д = 50 — 1000 и поболее, бумагоделательные машины Д = 20 и т.д.

2. Направление регулирования скорости определяется расположением получаемых искусственных черт относительно естественной. Если они размещаются выше естественной, то молвят о регулировании скорости ввысь от основной, если ниже – вниз от основной. Размещение искусственных черт как выше, так и ниже естественной обеспечивает так называемое двузонное регулирование.

3. Плавность регулирования скорости определяется числом получаемых в данном спектре искусственных черт: чем их больше, тем регулирование скорости будет осуществляться плавнее. Плавность оценивается коэффициентом, который находится как отношение скоростей на 2-ух ближайших свойствах

kпл = ωi — ωi-1,

где ωi иωi-1 – скорости на i-й и (i-1) искусственных свойствах.

Большая плавность достигается в замкнутых системах с внедрением преобразователей напряжения и частоты, маленькая плавность обычно соответствует параметрическим методам регулирования. При плавном регулировании скорости отменно протекает технологический процесс, улучшается качество выпускаемой продукции, увеличивается производительность работы электропривода и т.д.

4. Стабильность в поддержании данной регулировочной скорости технологом находится в зависимости от жесткости механической свойства электродвигателя. Более жесткую механическую характеристику может быть получить исключительно в замкнутых электроприводах. В разомкнутом электроприводе и при очень пониженной скорости и колебаниях момента сопротивления будут происходить огромные колебания скорости, что неприемлимо.

5. Допустимая нагрузка на движок при регулировании скорости находится в зависимости от протекающего тока в силовой части. Этот ток не должен превосходить номинального значения. В неприятном случае движок будет перенагреваться. Допустимый ток находится в зависимости от вида механической свойства исполнительного органа и примененного метода регулирования скорости.

6. Экономичность регулирования определяется серьезными и эксплуатационными затратами на регулируемый электропривод. Серьезные издержки должны быть по способности наименьшими, либо в неприятном случае такими, чтоб срок окупаемости электропривода не превысил нормативного.

При расчете показателя экономичности регулирования скорости учитываются количество регулируемых скоростей в спектре регулирования, активные мощности на валу мотора при разных скоростях, утраты мощности при разных скоростях, время работы электродвигателя на каждой регулируемой скорости, активные и реактивные мощности, потребляемые электродвигателем.

Школа для электрика

Характеристики регулирования скорости электроприводов

elektrica.info

4.2. Показатели качества регулирования скорости

Одним из основных показателей, характеризующих регулирование скорости электропривода, является диапазон регулирования. Диапазон регулированияD - это отношение максимальной установившейся скорости электропривода к минимальной при изменении нагрузки на валу двигателя в заданных пределах. Определение величины диапазона регулирования показано на рис.4.2.

Положим, что электропривод имеет прямолинейные механические характеристики. Прямая 1 соответствует максимальной по скорости механической характеристике.

Положим, что регулировочные характеристики привода будут перемещаться вниз параллельно характеристике 1, имея ту же жесткость , что характерно для большинства современных систем регулируемого электропривода. Нижняя предельная характеристика, которая будет обеспечивать требуемый максимальный момент, будет характеристика 2. Диапазон регулирования будет равен отношению максимальной скорости к минимальной, которые определяются по среднему моменту из заданных минимального и максимального его значений [8]

.

. (4.1)

Из графиков рис.4.2. найдем:

Подставляя эти значения в (4.1), получим:

(4.2)

Здесь и далее β – абсолютное значение жесткости.

Из формулы (4.2) следует, что диапазон регулирования зависит от жесткости механических характеристик привода: чем больше жесткость, тем больше диапазон регулирования.

Вторым важным показателем качества регулирования является точность регулирования скорости. Статическая ошибка характеризует реакцию электропривода на приложение (снятие) нагрузки. Если мы анализируем регулируемый электропривод, имеющий линейные (линеаризованные) механические характеристики, которые в зависимости от управляющего воздействия могут плавно перемещаться вниз от основной с постоянной жесткостью (рис.4.3), то абсолютная статическая ошибка будет равна:

. (4.3)

Эта ошибка при постоянной жесткости механических характеристик будет одна и та же во всем диапазоне регулирования.

Относительная величина ошибки находится как отношение абсолютной ошибки к базовой (заданной) скорости. Она тем больше, чем меньше заданная скорость.

. (4.4)

Из (4.3) и (4.4) следует, что величина статической ошибки, связанной с возмущением по нагрузке, обратно пропорциональна жесткости механических характеристик: чем больше жесткость, тем меньше статическая ошибка.

Нижнее значение скорости заданного диапазона регулирование скорости может ограничиваться также требуемой точностью регулирования (статизмом). В соответствии с (4.4) точность поддержания заданной скорости, как величина относительная, будет тем хуже, чем меньше заданная минимальная скорость. Поэтому условие выполнения заданной точности будет

.

Учитывая, что

,

получим

.

Тогда диапазон регулирования скорости из условия обеспечения заданной точности будет

. (4.5)

Обычно жесткость механических характеристик электропривода с разомкнутой системой управления недостаточна для достижения требуемого диапазона регулирования и требуемой статической точности. Потому в регулируемых электроприводах, как правило, используются замкнутые по скорости системы регулирования.

Рассмотрим влияние отрицательной обратной связи по скорости на механические характеристики электропривода.

На рис.4.4 представлена структурная схема электропривода с разомкнутой системой управления (рис.4.4,а) и с системой управления, включающей в себя отрицательную жесткую обратную связь по скорости, т.е. с замкнутой по скорости системой управления (рис.4.4,б). При разомкнутой системе управления заданная скорость определяется как (см. рис.4.4,а).

Величина статической ошибки, возникающей при приложении момента нагрузки Мс, будет зависеть от жесткости механических характеристик (см. 4.3). Разомкнутая система управления не может автоматически компенсировать или уменьшить ошибку по возмущению.

В замкнутой системе управления с жесткой отрицательной обратной связью по контролируемому параметру (в рассматриваемом случае по скорости) величина этого параметра через датчик скорости с передаточным коэффициентом кс подается с отрицательным знаком на вход системы регулирования

. (4.6)

Таким образом, регулирование скорости производится по величине ошибки, т.е. разности между заданным и действующим значениями скорости

. (4.7)

Рассмотрим механизм действия отрицательной обратной связи (рис. 4.5). Пусть характеристики 1 - механические характеристики привода с разомкнутой системой управления. Если задано значение скорости 0зад, то при Мс=0 привод будет работать с заданной скоростью. При приложении нагрузки Мс и разомкнутой системе регулирования скорость двигателя снизится на величину , пропорциональную отрезкуав. При этом двигатель работает на механической характеристике, определяемой прямой 0зад-в, имеющей жесткость , и просадка скорости определяется величиной .

В замкнутой системе регулирования процесс изменения скорости протекает иначе. После приложения нагрузки скорость начнет снижаться. При этом будет уменьшаться сигнал обратной связи по скорости кс, в результате чего разность (хзад-хосс) увеличится, а, следовательно, увеличится сигнал задания скорости зад

. (4.8)

Увеличение сигнала задания скорости холостого хода произойдет до величины об, и двигатель автоматически перейдет на механическую характеристику об-б и после завершения переходного процесса будет работать в точке б. В результате установившаяся ошибка скорости составит , определяемую отрезкомаб, существенно меньшим, чем это было бы в разомкнутой системе

. (4.9)

Если статический момент равен Мсг, то привод будет работать в точке г, если Мс=Мсе, то привод будет работать в точке е.

Мы видим, что механическая характеристика замкнутой системы представляет собой совокупность точек 0зад-г-б-д-е, принадлежащих механическим характеристикам разомкнутой системы с различными значениями скорости холостого хода. Жесткость механической характеристики замкнутой системы (прямая 2) будет выше жесткости характеристик разомкнутой системы.

Механическая характеристика замкнутой системы будет

,

где 0 определяется из (4.8)

,

,

откуда ,

обозначив кукс=К – коэффициент усиления разомкнутой системы (при разрыве обратной связи по скорости), получим

или

,

где: (4.10)

Мы видим, что жесткость механических характеристик в замкнутой системе увеличивается по сравнению с жесткостью механических характеристик разомкнутой системы в (1+К) раз.

Следовательно, статическая ошибка уменьшается в (1+К) раз

. (4.11)

Сопоставив с (4.9), получим (см. рис.4.5)

.

Таким образом, введение отрицательной обратной связи по скорости повышает жесткость механических характеристик привода, уменьшает статическую ошибку, расширяет диапазон регулирования скорости. Введение обратной связи по скорости также сказывается на динамических характеристиках привода – повышается быстродействие привода. Показатели качества регулирования, характеризующие динамические свойства привода, рассмотрены в главе 8.

Пример 4.1. Электропривод имеет линейные механические характеристики с жесткостью Нм.с. Номинальный моментМн=50 Нм. Наибольшее значение скорости холостого хода ω0=104,6 1/с. Найти величину диапазона регулирования скорости, который обеспечивает данный электропривод, если момент на валу двигателя может изменяться в пределах 0,15Мн≤Мс≤1,2Мн и требуемая точность поддержания заданной скорости составляет 10%. Какой должна быть жесткость механических характеристик, чтобы достичь диапазона регулирования D=100.

Решение. Диапазон регулирования определим по формуле (4.5):

Для того, чтобы достичь диапазона регулирования D1=100, жесткость механических характеристик нужно повысить до значения

Увеличения жесткости механических характеристик можно добиться, применив замкнутую по скорости систему регулирования и повысив общий коэффициент усиления разомкнутой системы.

studfiles.net

Показатели качества регулирования угловой скорости электроприводов

Для количественного определения предъявляемых к регулируемому электроприводу требований и для сопоставления между собой возможных способов регулирования используются обобщенные показатели регулирования. К их числу относятся точность регулирования, плавность, стабильность скорости, допустимая нагрузка при различных скоростях, динамические показатели качества и экономичность регулирования.

 

Точность регулирования

Точность регулирования переменной определяется возможными отклонениями её от заданного значения под действием возмущающих факторов (изменений нагрузки, колебания напряжения мети и др.). При регулировании в разомкнутой системе может быть принято среднее значение координаты при известных пределах изменения всех возмущающих воздействий. При этом оценкой точности регулирования может служить отношение наибольшего отклонения к среднему значению

,

где и – максимальное и минимальное значение переменной при данных значениях параметра или задающего сигнала и пределов изменения возмущений.

Количественная оценка точности регулирования в замкнутых системах обычно выполняется иначе. Если по условиям работы электропривода важна точность воспроизведения значений регулируемой координаты, задаваемой на входе САР, требования к точности определяются допустимой ошибкой регулирования , абсолютное значение которой при единичной обратной связи можно записать так:

,

где – задающий сигнал, – текущие значения регулируемой координаты. При необходимости ошибку регулирования можно представить в относительных единицах, поделив на .

К определению понятия точности регулирования К определению понятия диапазона регулирования

 

Диапазон регулирования

Диапазон регулирования угловой скорости определяется отношением возможных установившихся скоростей: максимальной к минимальной

.

При заданной точности регулирования для установленных пределов изменения момента нагрузки и других возмущений. Диапазон регулирования скорости в разомкнутых системах обычно составляет 10:1, 20:1. Использование замкнутых систем регулирования позволяет получать до 30000:1.

Различные производственные механизмы требуют различных диапазонов регулирования. Например, главные привода металлорежущих станков в зависимости от назначения работают в с диапазонами , для механизмов подач универсальных металлорежущих станков требуется диапазон до 10000:1. Для прокатных станов средний диапазон регулирования скорости составляет 25:1.

 

Плавность регулирования

Плавность регулирования характеризует скачок скорости при переходе от данной скорости к ближайшей возможной. Плавность тем выше, чем меньше этот скачек. Её можно оценить коэффициентом плавности регулирования, который определяется как отношение двух соседних значений угловых скоростей при регулировании

,

где и соответственно угловые скорости на i-той и (i-1) ступенях регулирования.

При плавном регулировании . Плавность регулирования во многих случаях определяет качество продукции. Высокая плавность регулирования достигается сегодня при использовании полупроводниковых преобразователей для ДПТ и АД.

 

Экономичность регулирования

Экономичность регулирования характеризуется затратами на сооружение и эксплуатацию электропривода. Применение регулируемого электропривода связано с дополнительными первоначальными затратами и эксплуатационными расходами, которые должны окупаться повышением производительности и надежности работы установки, а также улучшением качества продукции. При сравнении различных способов регулирования ориентировочное суждение о затратах можно составить, оценивая массогабаритные показатели дополнительного оборудования, а эксплуатационные затраты по энергии – КПД, характеризующим потери энергии

,

где – мощность, потребляемая из сети; – мощность на валу двигателя

и значением , характеризующим потребление активной мощности при регулировании.

Для регулируемых электроприводов с вентильными преобразователями, которые вносят искажения в форму потребляемого из сети тока, важным энергетическим показателем служит коэффициент мощности:

,

где – угол сдвига по фазе между первой гармоникой потребляемого тока и напряжением сети; – коэффициент искажений, характеризующий отношение эффективного значения первой гармоники тока к эффективному значению реальной кривой потребляемого тока, содержащей высшие гармоники.

Для современных регулируемых приводов наиболее характерные значения указанных показателей следующие: . Часто для достижения наилучших значений указанных показателей применяют специальные устройства, такие как фильтры, регулирование тока возбуждения синхронной машины, оптимизация частоты переключения вентилей, использование полупроводниковых приборов с низкими потерями на переключение.

Стабильность угловой скорости

Данный критерий характеризуется изменением угловой скорости при заданном отклонении момента нагрузки и тесно связан с понятием жесткости механической характеристики. Чем больше жесткость механической характеристики двигателя, тем выше стабильность скорости электропривода. Самой высокой стабильностью обладают синхронные двигатели, так как у них жесткость МХ .

 

Направление регулирования скорости

Показатель определяет возможность уменьшение или увеличение её по отношению к номинальному значению зависит от способов регулирования. Для приводов постоянного тока различают одно- и двухзонное регулирование.

В первом случае регулирование осуществляется при постоянстве магнитного потока путем изменения напряжения на якоре вниз от номинального значения. Такое регулирование называют регулированием с постоянством момента ( ).

Для перевода привода во вторую зону уменьшают магнитный поток двигателя (изменяют напряжение на обмотке возбуждения ниже номинального), при этом уменьшается перегрузочная способность двигателя по моменту ( ) и увеличивается скорость. Такое регулирование называют регулированием с постоянством мощности ( ).

Характеристики двух зон регулирования ДПТ с НВ представлены ниже

 

Характеристики двух зон регулирования ДПТ с НВ Динамические показатели качества регулирования

 

 

Допустимая нагрузка двигателя

Под указанным показателем понимают наибольшее значение момента, который двигатель способен длительно развивать при работе на регулировочных характеристиках. Определяется нагревом двигателя и различается в зависимости от способа регулирования. Изменение статического момента от скорости в зависимости от механизма может быть различным. Принципиально путем выбора соответствующей мощности двигателя можно удовлетворить любому изменению нагрузочного момента или мощности при регулировании скорости. Однако часто оказывается, что регулирование является неэкономичным, и двигатель при разных скоростях может оказаться недогруженным.

Недогрузка двигателя ведет к ухудшению эксплуатационных показателей привода, так как при этом уменьшается КПД двигателя, а для АД падает также значение коэффициента мощности. Желательно поэтому применять такой способ регулирования, при котором двигатель был бы по возможности полностью загружен при всех угловых скоростях.

Допустимая нагрузка определяется степенью нагрева двигателя, которая в свою очередь зависит от потерь в двигателе и условий охлаждения двигателя. Таким образом, можно заключить, что для полной загрузки двигателя необходимо, чтобы ток двигателя во всех режимах работы был близок к номинальному. Для того чтобы условия охлаждения двигателя не ухудшались в регулируемых приводах используют двигатели с принудительной вентиляцией. Конструкция таких двигателей содержит дополнительный отдельный двигатель вентилятора, который вращается с постоянной частотой, не зависимо от частоты вращения вала двигателя.

 

Показатели качества регулирования в динамических режимах работы электропривода

Динамические качества электропривода во многих случаях определяют производительность установки, износ механического оборудования, качество выпускаемой продукции. Поэтому качество переходных процессов имеет серьёзное значение. Качество переходного процесса можно оценить быстродействием, величиной перерегулирования и колебательностью процесса.

Быстродействие определяет быстроту реакции электропривода на изменения воздействий. Главным показателем быстродействия, непосредственно влияющим на производительность механизмов, является время переходного процесса или время регулирования. В автоматических системах регулирования быстродействие характеризуют показателями переходного процесса при отработке единичного скачкообразного управляющего воздействия. Обычно под временем регулирования понимают время, которое требуется привода для того, чтобы отклонение регулируемой координаты не превышало 5% от заданного значения.

Перерегулирование представляет собой динамическую ошибку и характеризуется максимальным отклонением от установившегося значения . Как правило, перерегулирование выражают в относительных единицах или процентах:

.

Колебательностьэлектропривода является фактором, влияющим на точность, динамические нагрузки и качество технологического процесса. Её общим показателем служит значение логарифмического декремента затухания

,

где - величина амплитуд первого и следующего за ним максимума.

 

megaobuchalka.ru

ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ СПОСОБЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД В ПРОКАТНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

В технической литературе термин «регулирование» применяется - в двух смыслах, имеющих прямо противоположные значения.

Под регулированием данной величины (например, скорости вращения) понимают: 1) принудительное ее изменение в соответ­ствии с требованиями работы механизма; 2) поддержание заданной - ее величины на постоянном уровне (стабилизация скорости) при - наличии возмущений (например, изменение нагруаки в работе •механизма).

В данной главе под регулированием скорости вращения элек­троприводов будем понимать принудительное изменение ее вели­чины в заданных пределах, определяемых требованиями техноло- -ги^еского процесса. При этом понятие регулирования скорости не следует смешивать с естественным изменением скорости элек­тропривода, работающего на данной механической характеристике при изменении нагрузки на валу исполнительного механизма.

Регулирование скорости вращения электроприводов обуслов­ливается разнообразными требованиями технологического про­цесса с целью увеличения производительности, улучшения каче­ства продукции, обеспечения стабильности протекания процесса.

Регулирование скорости электропривода может быть произве­дено как механическим путем (изменением передаточного числа между валами двигателя и исполнительного механизма), так и элек­трическими способами. Электрические способы регулирования ско­рости электропривода имеют преимущества перед механическим по 'своим техническим и экономическим показателям - Поэтому в прокатном производстве преимущественное распространение находят электрические способы регулирования скорости вращения электроприводов. Скорость вращения электропривода можно регулировать изменением величины питающего напряжения или его частоты, введением добавочных сопротивлений в силовые цепи и цепи возбуждения, переключением обмоток и др. В результате двигатель начинает работать на новой, искусственной механиче­ской характеристике, и поэтому можно сказать, что регулирование скорости двигателя сводится к изменению его механической харак­теристики. Поэтому рассмотренные в главе II способы получения искусственных механических характеристик двигателей могут являться также и способами регулирования скорости вращения.

Основными показателями регулирования скорости вращения электроприводов являются.

1. Диапазон, или предел регулирования (/гпр), под которым пони­мают отношение максимальной скорости вращения (пгаах) к мини­мальной (rcmln), обеспечиваемой регулированием при работе меха­низма:

*пр = —• (ІП 1)

Пр nmln ' V '

Это отношение выражается обычно в числах, например 2 1,

10 : 1; 25 : 1 и т. д.

Применение замкнутых систем регулирования позволяет уве­личить диапазон регулирования до knp = (100 — 500) . 1 и более.

2. Плавность регулирования, характеризуемая числом ступе­ней скоростей, которые возможно получить в заданном диапазоне регулирования. Чем больше фиксированных скоростей в заданном диапазоне регулирования, тем выше плавность регулирования. Плавность регулирования (кпл) можно характеризовать отноше­нием скоростей вращения двигателя на двух соседних ступенях регулирования:

К, - (ш-2>

Чем ближе knn к единице, тем более плавное регулирование

3. Направление регулирования, т. е. изменение скорости при­вода относительно скорости при работе на естественной механиче­ской характеристике. Регулирование в направлении уменьшения скорости называют регулированием вниз, а в направлении увели­чения — регулированием вверх.

4. Допустимая нагрузка при регулировании. Ряд механизмов требует регулирования скорости при постоянном моменте нагру­зочного графика исполнительного механизма, другие — при по­стоянной мощности. Электродвигатель обладает наибольшим к. п. д. при полной загрузке. Поэтому желательно применять та­кой метод регулирования, при котором двигатель по возможности был бы полностью загружен-'при всех скоростях. Условием пол - лого использования двигателя при регулировании является за­грузка двигателя на всех характеристиках номинальной величи­ной тока при длительном режиме работы.

5. Стабильность работы привода на требуемой скорости при произвольном изменении нагрузки. Стабильность характеризуется небольшими изменениями относительного значения скорости при

Изменении нагрузки. Этот показатель имеет важное значение для приводов с большим диапазоном регулирования при работе на ма­лых скоростях.

6. Экономичность регулирования, которая определяется стои­мостью создания системы регулирования с затратами на эксплуата­цию. Важным показателем эксплуатационных затрат является ве­личина потерь мощности в регулирующих устройствах, оценивае­мых при помощи к. п. д.' регулирования (riper):

1W = рв +вдр » ^ (ІП. З)

где Ра — мощность на валу двигателя;

ДР — потери мощности при регулировании скорости.

■Ч- В случае подачи на вход разомкнутой одноконтурной системы гармониче­ского колебания синусоидального типа с угловой частотой ш (для удобства сину­соидальную функцию, изображаемую на комплексной плоскости вектором, за­меняют показательной функцией с …

В замкнутых системах автоматического управления под дей­ствием различных возмущений возникает переходный процесс, характеризующий переход системы из одного установившегося состояния к другому. Характер переходного процесса зависит от свойств и характеристик системы, …

Электромашинные преобразователи частоты включают вра­щающиеся электрические машины, имеют механический метод управления частотой, громоздки в своем исполнении. Развитие силовой полупроводниковой техники привело к созданию регули­руемых электроприводов переменного тока, получающих питание от …

msd.com.ua

2.2. Регулирование скорости электроприводов

Регулированием скорости является принудительное изменение скорости двигателя в целях регулирования скорости движения исполнительных органов рабочих машин и механизмов. В общем случае регулирование скорости двигателей ‑ а под этим понимается также и поддержание скорости на заданном уровне ‑ может осуществляться двумя способами ‑ параметрическим и в замкнутых системах.

При параметрическом способе регулирование достигается изменением каких-либо параметров электрических цепей двигателей или питающего напряжения за счет включения, например, различных дополнительных элементов: резисторов, конденсаторов, индуктивностей. Качество такого регулирования скорости обычно оказывается не очень высоким.

При необходимости получения процесса регулирования скорости с высокими качественными показателями переходят к замкнутым системам электропривода, в которых воздействие на двигатель обычно осуществляется изменением подводимого к двигателю напряжения, или частоты этого напряжения, или того и другого. Для этой цели служат различные силовые преобразователи постоянного и переменного тока, которые на рис. B.1 обозначеныПУ.

Регулирование скорости в количественном отношении характеризуется шестью основными показателями.

1.Диапазон регулирования Dопределяется отношением максимальной и минимальной скоростей

при заданных пределах изменения нагрузки на валу двигателя. При использовании понятия искусственных характеристик можно сказать, что диапазон Dопределяется отношением скоростей на крайних характеристиках.

Различные рабочие машины требуют разных диапазонов регулирования. Так, прокатные станы характеризуются диапазоном D=2050, станки ‑ отD=34 доD=501000 и более, бумагоделательные машиныD=20 и т.д.

2.Направление регулированияскорости определяется расположением получаемых искусственных характеристик относительно естественной. Если они располагаются выше естественной, то говорят о регулировании скорости вверх от основной, если ниже – вниз от основной. Расположение искусственных характеристик как выше, так и ниже естественной обеспечивает так называемое двухзонное регулирование.

3.Плавность регулирования скоростиопределяется числом получаемых в данном диапазоне искусственных характеристик. Чем их больше, тем регулирование скорости будет осуществляться плавнее. Плавность оценивается коэффициентом, который находится как отношение скоростей на двух ближайших характеристиках,

(2.4)

где i, иi-1– скорости наi-й и (i–1)-й искусственных характеристиках.

Наибольшая плавность достигается в замкнутых системах с использованием преобразователей напряжения и частоты, небольшая плавность обычно соответствует параметрическим способам регулирования.

4.Стабильность скоростихарактеризуется изменением скорости двигателя при изменении момента нагрузки на его валу. Все основные типы двигателей, за исключением синхронного, имеют (см. рис. 1.3) наклонные механические характеристики, вследствие чего при увеличении нагрузки их скорость падает.

5.Экономичность регулирования скоростихарактеризуется капитальными затратами на создание автоматизированного электропривода и его эксплуатацию. Определение экономичности той или иной системы представляет собой в общем случае сложную технико-экономическую задачу, при решении которой должны учитываться повышение производительности рабочей машины и качество выпускаемой ею продукции, надежность привода при эксплуатации, дефицитность материалов и изделий, идущих на изготовление электропривода и т. д.

Важнейшими показателями процесса регулирования скорости являются потери мощности при регулировании и КПД привода .Эти величины связаны известным соотношением

,(2.5)

где P2– полезная мощность на валу двигателя.

При работе двигателя с различными скоростями используется понятие средневзвешенного КПД за регулировочный цикл

(2,6)

где P2i,Рi,ti –соответственно полезная мощность, потери мощности и время работы двигателя наi-й скорости;п– число скоростей.

Регулирование скорости оценивается и таким важным экономическим показателем, как коэффициент мощности , определяемый соотношением потребляемой электроприводом активнойРи реактивнойQмощностей,

(2.7)

По аналогии с КПД для цикла работы рассчитывается средневзвешенный коэффициент мощности

(2.8)

6.Допустимая нагрузка двигателясоответствует такому моменту нагрузки, при котором нагрев двигателя не превосходит допустимого (нормативного). При работе на естественной характеристике такой нагрузкой является номинальный момент, при котором по двигателю протекает номинальный ток и его нагрев равен нормативному. Поскольку нагрев двигателя определяется главным образом протекающим по нему током, то при работе на искусственных характеристиках допустимой будет такая нагрузка, при которой ток в двигателе будет равен номинальному, а тем самым и его нагрев будет нормативным. Отметим следующее важное обстоятельство: так как нагрев двигателя зависит еще и от условий его охлаждения, то при оценке допустимой нагрузки двигателя следует учитывать и этот фактор.

studfiles.net

Регулирование скорости электрических приводов

Под регулированием скорости электрических приводов понимается ее принудительное изменение путем управления механической характеристикой двигателя

М=f(w)

Изменение скорости можно получить двумя путями

    1. изменение параметров сети

    2. изменение параметров электрической машины

1 Параметр сети

Изменение напряжения

Изменение частоты

2 Параметры двигателя

Сопротивление ротора

Сопротивление статора

Изменение магнитного потока

Изменение числа пар полюсов

Регулирование скорости возможно как в двигательном, так и в тормозном режиме.

Основные показатели регулирования

1. Направление регулирования (повышение или понижение скорости)

Если можно Если можно регулировать на уменьшение или увеличение скорости, то такое регулирование называется двух???, а если в одну – одно???

2. Диапазон регулирования

Диапазоном регулирования называется отношение максимального сопротивления к минимальному при заданном моменте сопротивления. Обозначается либо в целых либо в дробных числах.

Величина обратная диапазону регулирования 1/D=wmin/wmax– пределом регулирования.

D=wmax/wmin

3. Плавность регулирования, характеризуется коэффициентом плавности

j=wn/wn-1

Коэффициентом плавности jназывается отношение скорости двух скоростных??? характеристик

Чем больше jк 1, тем плавность регулирования выше

j=1 – регулирование безступенчатое то есть плавная

j=1,06 – регулирование очень тонкое

j=1,12 – регулирование тонкое

j=1,26 – регулирование среднее

j=1,41-1,58 регулирование грубое

D=jz-1,z– число скоростей

4. Экономичность регулирования определяется К.П.Д на заданное ступени регулирования

- К.П.Д. на данной ступени регулирования

Рпол – полезная мощность

DР – потери полезной мощности

Так же определяем средневзвешенный К.П.Д.

tк– время регулирования на данной ступени

Рпол – мощность на валу электрического двигателя

DР – потери мощности при регулировании скорости

t– продолжительность всего цикла регулирования

Важнейшим показателем экономичности для двигателей переменного тока является cosj

cos j = P/S

cosjзависит от нагрузки; от мощности двигателя

Способность работать на регулировочной характеристике определяется жесткостью механической характеристики.

Чем жестче характеристика, тем двигатель работает устойчивее

В = DМ / Dw - жесткость характеристики

Характеристики у которых большому приращению момента соответствует малое приращение w скорости называют жесткими.

Закон регулирования электроприводов

2 способа регулирования: (регулируется скорость)

  1. по закону постоянного момента (лебедки, подъемные механизмы)

  2. по закону постоянной мощности

По закону постоянного момента

Мдополн=const; М=СФIн; Ф= const;

Рдоп=Мдопw; w - var;

(Рс=const)

w

Изменением скорости изменяется допустимая мощность на валу двигателя

По закону постоянной мощности

Рдопуст=const; М=СФIн; Ф=var;

Такое регулирование возможно при изменении магнитного потока

Комбинированное регулирование скорости

При выборе закона регулирования необходимо учитывать, что бы изменение характеристик двигателя совпадала с изменением характеристик рабочей машины иначе возможно недоиспользование электродвигателя по мощности или по моменту.

Регулировка скорости асинхронного двигателя.

Регулирование скорости возможно:

  1. изменением сопротивления вводимым в цепь ротора

  2. изменением числа пар полюсов (ступенчатое)

  3. изменением частоты питающей сети

  4. импульсное регулирование частоты вращения, при этом импульсами меняют величину подаваемого напряжения.

  5. каскадное регулирование, достигается достигается каскадным включением асинхронных двигателей.

studfiles.net

Глава 4. Регулирование скорости электроприводов

4.1. Основные показатели регулирования скорости электроприводов

Регулированием скоростиназываетсяпринудительное изменение скоростиэлектропривода в зависимости от требований технологического процесса. Понятие регулирования скорости не следует смешивать с естественным изменением скорости, возникающим в электроприводах в силу изменения нагрузки на валу работающего двигателя. Регулирование скорости осуществляется дополнительным воздействием на приводной двигатель; оно может быть произведено человеком или специальным автоматическим устройством.

Основными показателями, характеризующими различные способы регулирования скорости электроприводов, являются:

1)диапазон регулирования;

2) плавность;

3) экономичность;

4) стабильность скорости;

5) направление регулирования скорости;

6) допустимая нагрузка при различных скоростях.

1. Диапазон регулирования скорости определяется отношением возможных установившихся скоростей: максимальной к минимальной

при заданной точности регулирования (с заданным статическим падением скорости электропривода) для возможных пределов изменения момента нагрузки и других возмущений.

Обычно диапазон регулирования выражается в числах в виде отношения, например: 2:1, 4:1, 10:1, 20:1 и т. д.

Современные системы автоматического регулирования электроприводов с обратными связями позволяют существенно расширить диапазон регулирования скорости.

2. Плавность регулирования характеризует скачок скорости при переходе от данной скорости к ближайшей возможной. Плавность тем выше, чем меньше этот скачок. Плавность регулирования можно оценить коэффициентом плавности, который находится как отношение двух соседних значений угловых скоростей при регулировании

,

где и- угловые скорости соответственно на-й и-й ступенях регулирования.

При плавном регулировании , а число скоростей. В случае ступенчатого регулирования коэффициент плавности регулирования существенно отличается от единицы.

3. Экономичность регулирования характеризуется затратами на сооружение и эксплуатацию электропривода.

Необходимо отметить, что экономически выгодным оказывается такой регулируемый электропривод, который обеспечивает большую производительность приводимого им в действие механизма при высоком качестве технологического процесса.

При оценке экономичности электропривода стоимость материалов и оборудования, а также потери энергии в процессе регулирования. Потери мощности , возникающие при регулировании скорости, определяют КПД привода:

,

где — мощность на валу двигателя:

- мощность, потребляемая двигателем из сети.

4. Стабильность угловой скорости характеризуется изменением угловой скорости при заданном отклонении момента нагрузки и зависит от жесткости механической характеристики. Стабильность тем выше, чем больше жесткость характеристики.

На рис. 4.1 приведены две характеристики двигателя постоянного тока параллельного возбуждения при регулировании угловой скорости введением резисторов в цепь якоря.

Если при этом момент сопротивленияостается неизменным, то двигатель, работавший ранее с угловой скоростью, будет после введения дополнительного резистора в цепь якоря работать с угловой скоростью. Однако при наличии изменений нагрузочного момента в некоторых пределах (±) угловая скорость двигателя не остается постоянной, она изменяется относительно средних значенийили. Отклонения угловой скорости, вызванные изменениями нагрузки, будут тем больше, чем меньше жесткость характеристики. Это обстоятельство во многих случаях ограничивает диапазон регулирования скорости.

5. Направление регулирования скорости, т. е. уменьшение или увеличение ее по отношению к основной скорости, зависит от способов регулирования.

Основная угловая скорость, например, двигателя постоянного тока независимого возбуждения соответствует номинальным значениям напряжения и магнитного потока. Эта скорость получается в том случае, когда в цепях двигателя нет никаких внешних резисторов, т. е. точка находится на естественной механической характеристике.

Различают однозонное регулирование вниз от основной скорости, однозонное регулирование вверх от основной скорости и двухзонное регулирование, когда имеется возможность получать характеристики выше и ниже естественной.

6. Допустимая нагрузка двигателя, т. е. наибольшее значение момента, который двигатель способен развивать длительно при работе на регулировочных характеристиках, определяется нагревом двигателя и для разных способов регулирования будет различной.

Степень нагрева, в свою очередь, зависит от потерь энергии в двигателе, а последние определяются главным образом током, потребляемым двигателем.

Если при работе на всех характеристиках ток будет равен номинальному току двигателя, то это будет означать, что двигатель загружен полностью при всех угловых скоростях (при этом предполагается, что условия охлаждения двигателя остаются неизменными при любых скоростях). С учетом этого важного предположения допустимой нагрузкой двигателя можно считать такую, при которой ток двигателя в его силовых цепях равен номинальному. Тогда допустимый момент, например, двигателя постоянного тока

.

Допустимый момент зависит от способа регулирования. Рассмотрим в качестве примера двигатель постоянного тока независимого возбуждения. Он может иметь две зоны регулирования, как это показано на рис. 4.2. Зона 1 отвечает регулированию с постоянным моментом. Действительно, если регулирование осуществляется изменением сопротивления или напряжения главной цепи при неизменном номинальном магнитном потоке двигателя, то при номинальном токе якоря допустимый момент будет постоянным

.

Мощность на валу двигателя в этой зоне изменяется по линейному закону, так как она пропорциональна угловой скорости

.

Зона 2 отвечает регулированию с постоянной мощностью, когда оно производится изменением магнитного потока двигателя.

В этом случае при неизменном токе якоря, равном номинальному, магнитный поток с увеличением угловой скорости необходимо регулировать по закону

.

Таким образом, в зоне регулирования 2 допустимый момент должен изменяться по закону

.

Отсюда следует, что мощность в этой зоне регулирования остается постоянной, так как

.

Допустимая нагрузка при регулировании угловой скорости двигателей других типов определяется аналогичными методами.

Следует, однако, иметь в виду, что для самовентилируемых двигателей, снабженных собственным вентилятором для охлаждения, снижению угловой скорости должно соответствовать уменьшение допустимых потерь в двигателе. На малых угловых скоростях эти двигатели должны работать при токах, меньших номинального, а следовательно, и допустимый момент уменьшается по мере уменьшения угловой скорости.

studfiles.net


Смотрите также