3.2 Відповіді до питання

1. Регулювання моменту викликається необхідністю:

• обмеження моменту при перехідних процесах;

• обмеження ударного навантаження в механізмах, де можливе стопоріння робочого органу;

• підтримка заданого зусилля (моменту) на робочому органі механізму.

2. Найбільше поширення отримали датчики моменту індукційні, акселерометра і п’єзо датчики.

У цілому ряду випадків, коли момент і струм пов'язані між собою пропорційною залежністю, замість датчика моменту цілеспрямовано застосовувати датчик струму, який в простому випадку є деяким невеликим опором (шунт). Напруга на шунті пропорційно струму, що протікає через нього.

3. До основних способів регулювання моменту ДПТ НВ необхідно віднести:

• реостатне регулювання;

• регулювання моменту в системі «Джерело струму - двигун»;

• регулювання моменту в системі «Вентильний перетворювач - двигун постійного струму» з негативною зворотнім зв’язком по моменту.

4. До основних способів регулювання моменту АД необхідно віднести:

• реостатне регулювання;

• регулювання моменту в системі «Джерело струму - асинхронний двигун»;

• регулюванні моменту в системі «Перетворювач частоти - асинхронний двигун» з позитивним зворотним зв'язком за швидкістю.

5. Основними статичними показниками якості регулювання є: статична точність, діапазон регулювання, плавність (коефіцієнт плавності), економічність.

Статична точність оцінюється за величиною найбільшого відхилення регульованої координати при зміні возмущающої дії в заданих межах.

Діапазон регулювання визначає межі зміни (максимальній і мінімальний) середніх значень регульованої координаті.

Плавність регулювання оцінюється коефіцієнтом плавності

де Xi - значення регульованої величини на i-ой ступені регулювання;

Xi-1 - значення регульованої величини на i-1-ой ступені регулювання (на сусідньому ступені).

Економічність оцінюється за непрямими показниками, таким як: ККД, коефіцієнт потужності, со8<р та ін.

3.2.6 До динамічних показників якості відносяться:

• час перехідного процесу (tпп);

• час запізнювання (τзап);

• пере регулювання (σ);

• час першого узгодження (t_пс);

• час досягнення першого максимуму (t_макс);

- частота коливань/;

Перераховані показники визначаються по перехідної характеристиці системи, приведеної нижче (у разі монотонного процесу використовуються тільки дві перші характеристики, t_пп і τ_зап

3.2.7 Принципова схема реостатного регулювання моменту АД з релейним регулятором має вигляд

До основних елементів схеми необхідно віднести:

АД - асинхронний двигун;

VI -V6 — випрямний міст;

Rдоб - активний опір навантаження в ланцюзі моста;

ТК – тиристорний (транзисторний)електронний ключ;

ДТ - датчик струму;

Lф - індуктивний фільтр;

РР - релейний регулятор, статична характеристика якого має вигляд

У цій схемі зміни завдання по моменту Uзм призводить до зміни діючого значення активною складовою струму ротора, а отже - моменту АД. При цьому сімейство механічних характеристик системи має вигляд

3.2.8 Регулювання моменту в системі «Перетворювач частоти - асинхронний двигун» можливе за наявності позитивного зворотного зв'язку за швидкістю. При цьому механічна характеристика системи розглядаються як лінійна, а тому її можна описати рівнянням

де К_f К_рм К_пс - коефіцієнт передачі перетворювача частоти регулятора моменту, вузла позитивного зворотного зв'язку за швидкістю, відповідно;

β - модуль жорсткості лінеаризованої характеристики;

р - число пар полюсів.

Якщо параметри ЕП підібрані так, що виконується умова:

то рівняння механічної характеристики системи має вигляд

тобто отримуємо характеристику виду М = const, для фіксованого значення напруги завдання по моменту Uзм.

3.2.9 Рахуємо механічну характеристику лінійної системи, а тому вона описуються рівнянням виду

де β - модуль жорсткості механічної характеристики. Позначимо через:

Квп - коефіцієнт передачі вентильного перетворювача;

Крм - коефіцієнт передачі регулятора моменту;

Ком—коефіцієнт передачі вузла негативного зворотного зв’язку по моменту.

Тоді

де U_3M - напруга задана по моменту.

Позначимо , тоді

З урахуванням початкового рівняння можна записати

Звідси рівняння механічної характеристики системи «Вентильний перетворювач - двигун» з негативним зворотнім зв'язком по моменту має вигляд

3.2.10 Схема системи «Джерело струму - двигун» має вигляд

ИТ - джерело струму.

Сімейство механічних характеристик системи

Система «Джерело живлення - двигун» дозволяє отримати абсолютно м'яку характеристику, оскільки при постійному значенні Ф та Iя=const

3.2.11 До достоїнств системи необхідно віднести: високий К.П.Д. і коефіцієнт потужності, відносно високий діапазон регулювання моменту, який може доходити до 50-1.

Як недолік треба відмітити інерційність системи, оскільки управління здійснюється але ланцюги обмотки збудження двигуна, яка має велику постійну часу, і не змогою рекуперації енергії із-за використання не управляючого випрямляча.

3.2.12 В якості джерела струму може бути використаний індуктивно-ємнісний перетворювач, який використовує явище резонансу напруги в LС ланцюга. (При резонансі напруги ХL=ХС=Х). Принципова схема перетворювача, навантаженням якого є якірний ланцюг ДПТ НВ, має вигляд

3.2.13 Функціональна схема системи «Джерело струму - асинхронний двигун» має вигляд

ІБП - індуктивно-ємнісною перетворювач;

В1, В2 - випрямляч перший і другий.

Механічна характеристика системи «Джерело струму - асинхронний двигун» мають вигляд

I_р- струм ротора;

Iит - струм джерела струму.

При Iр>Iит формується характеристика виду М=const.

14. Негативний зворотний зв'язок по моменту пом'якшує механічну характеристику. Оскільки при цьому збільшується, система стає менш схильною до коливань, оскільки умова відсутності коливань Тм > 4Т в цьому випадку має більший запас.

15. Регулювання швидкості ДПТ ИВ можливо шляхом зміни : якірної напруги, магнітного потоку, додаткового опору в якірному ланцюзі.

Це витікає із співвідношення

3.2.16 Регулювання швидкості АД можливо шляхом зміни: частоти живлячої напруги, додаткового опору роторного ланцюга, амплітуди напруги (система в цьому випадку повинна мати негативний зворотний зв'язок за швидкістю) статора. Крім того, регулювання швидкості АД можливо в спеціальних багато швидкісних двигунах шляхом зміни числа пар полюсів і в асинхронному вентильному каскаді за рахунок введення в ланцюг ротора додаткового Э.Д. С.

3.2.17 При реостатному регулюванні швидкості ДПТ НВ його схема включення і механічні характеристики мають вигляд

Rдо6 - додатковий опір в якірному ланцюзі

Rдоб3>Rдоб2>Rдоб1;Rш=∞

ω_у - значення сталої швидкості.

При шунтуванні якірної обмотки шунтуючим опором, величина якого може зміняться, схема включення двигуна і механічні характеристики мають вигляд

Усі характеристики перетинаються в точці N.

У точці N струм через шунтуючий резистор не протікає при будь-якому опорі останнього. Зміна викликає зміну швидкості в даному випадку від 0 до ω_у.

3.2.18 Апроксимувавши робочу ділянку механічною характеристики АД прямою лінією

В цьому випадку

де критичне ковзання;

Мк- критичний момент.

Якщо механічна характеристика лінійна, то її можна описати рівнянням

чи

З урахуванням отриманого вище вираження для β

де

Таким чином отримані співвідношення показують, що зміна R2доб призводить до змін ω.

19. До особливостей регулювання швидкості ДПТ НВ шляхом зміни магнітного потоку необхідно віднести: можливість регулювання швидкості вгору від номінального значення; достатня плавність, оскільки управління здійснюється по слабо-точному ланцюгу; зменшення допустимого моменту при ослабленому магнітному потоці і можливість отримання номінальної потужності двигуна при зменшеному потоці.

Останнє можна пояснити тим, що хоча допустимий момент і зменшується, швидкість двигуна збільшується, а їх множення, що визначають потужність, залишається незмінним.

19. Функціональна схема системи «Вентильний перетворювач - двигун» з негативним зворотним зв'язком по швидкості має вигляд

ВП - вентильний перетворювач, з коефіцієнтом передачі

РС - регулятор швидкості, з коефіцієнтом передачі Крс;

G - тахогенератор з постійними магнітами, за допомогою якого реалізується негативний зворотний зв'язок, з коефіцієнтом передачі K_ос.

У разі лінійних механічних характеристик системи маємо

де β - модуль жорсткості механічної характеристики

При Ф=Фн=const, , тоді запишемо

В узгодженні зі схемою можемо записати

З урахуванням початкового рівняння отримаємо

Вирішивши приведене рівняння відносно з, отримаємо рівняння механічної характеристики системи «Вентильний перетворювач - двигун» з негативним зворотним зв'язком по швидкості.

3.2.21 Негативний зворотний зв'язок за швидкістю збільшує жорсткість механічної характеристики системи оскільки

де β_ОС - жорсткість механічної характеристики системи «Вентильний перетворювач - двигун» з негативним зворотним зв'язком за швидкістю.

При КпКрсКос -> ∞, βос ->∞ тобто характеристика «абсолютно» жорстка.

У разі збільшення жорсткості системи зменшується і система стає схильним до коливального перехідного процесу.

3.2.22 Відомо, що швидкість АД визначається як

З цього співвідношення виходить, що перемикання числа пар полюсів р забезпечує регулювання швидкості. (Це можливо в спеціальних багато швидкісних двигунах).

3.2.23 Закон зміни напруги при зміні частоти визначається, виходячи з незмінної перевантажувальної здатності АД

Вважаючи опір фази обмотки статора АД R₁=0 отримаємо

Оскільки величини ω₀ і Х_к пропорційні частоті f₁, то вираз для критичного моменту можна записати як

де А - коефіцієнт пропорційності

Це співвідношення справедливе для усіх частот, у тому номінальних. Вважаючи Мс=const отримаємо

де

3.2.24 Функціональна схема системи частотного регулювання АД з перетворювачем частоти з ланкою постійного струму має вигляд

УВП — керований вентильний перетворювач, здійснюючий плавна зміна напруги на АИ.

АИ - автономний інвертор, частота вихідної напруги якого плавно змінюється.

PC - регулятор швидкості.

РН - регулятор напруги.

ФП - функціональний перетворювач, що забезпечує змінення напруги при зміні частоти згідно із законом = const

що забезпечує незмінну перевантажувальну здатність двигуна.

Система має контур стабілізації вихідної напруги перетворювача, що стабілізує момент АД.

Жорсткий негативний зворотний зв'язок за швидкістю в системі збільшує жорсткість механічної характеристики і збільшує діапазон регулювання за швидкістю.

Механічні характеристики системи мають вигляд

3.2.25 Функціональна схема системи «Регулятор напруги статора - асинхронний двигун» з негативним зворотним зв'язком але швидкості має вид

РСН - регулятор напруги статора;

РС - регулятор швидкості;

Uзс- напруга завдання за швидкістю.

Механічні характеристики системи для різних Uзс обмежені характеристиками АД (показані пунктиром), отриманими при мінімальній і максимальній напрузі статора

3.2.26 Електрична енергія, що утворюється в роторі за рахунок ковзання, може бути використана продуктивно в каскадних схемах шляхом віддачі її в живлячу мережу ( мал. А) або перетворення на механічну енергію, що передається на вал головного двигуна (мал. В).

Мал. А

Мал. В

3.2.27 Принципова схема асинхронного вентильного каскаду з допоміжним двигуном постійного струму має вигляд

Lф - індуктивний фільтр для згладжування пульсації струму в якірному ланцюзі двигуна.

Сумарний момент на валу

3.2.28 При введенні в ланцюг ротора АД додатковою Э.Д. С. частина енергії ковзання споживається джерелом Э.Д. С. Кількість енергії що виділяється безпосередньо в роторної обмотки зменшується. Струм ротора зменшується

Це призводить до зменшення електромагнітного моменту, який стає менше Мс. Двигун починає сповільнюватися, тобто збільшується його ковзання. Э.Д. С. ротора, визначуване по формулі Е2 ~ Е2к8, росте, отже росте струм 12 і момент АД. Що встановилася режим настає при рівності М_Ад =М_С, але при нижчій швидкості.

3.2.29 Регулювання швидкості ДПТ ПВ можливо шляхом зміни якірної напруги, введенням додаткового опору в якірний ланцюг і шляхом послаблення магнітного потоку двигуна.

При вивченні відповідей на питання цього розділу необхідно користуватися літературою [1] - с. 212-395; [2] - с. 306-494; [3] - с. 41-295; [4]-с. 93-206.