4. Классификация электроприводов

В зависимости от выполняемых функций, вида и числа регулируемых координат, степени автоматизации технологических процессов реализация ЭП может быть самой разной (рис. 4.1).

Рисунок 4.1 - Классификация ЭП

Неавтоматизированные ЭП - управление с помощью оператора, который осуществляет пуск, остановку, изменение скорости, реверсирование ЭП в соответствии с заданным технологическим циклом.

Автоматизированный ЭП - операции управления выполняются в соответствии с требованиями технологического процесса. Операции выполняются системой управления (на оператора возлагаются функции включения и выключения ЭП). Очевидно, что автоматизированный ЭП является более эффективным и экономически целесообразным, т.к. освобождает человека от утомительного и однообразного труда, повышает производительность труда, качество технологического процесса.

Разомкнутый ЭП - характеризуется тем, что все внешние воздействия (например, момент инерции) влияют на его входную координату, например скорость. Данный вид ЭП отличается простотой и применяется в основном для пуска, торможения и реверса двигателей.

Замкнутые ЭП - отличительной особенностью является полное или частичное устранение влияния внешнего воздействия на регулируемую координату, например скорость. Схемы как правило сложные.

Регулирование по возмущению - дополнительный сигнал, пропорциональный возмущению подаётся на вход ЭП вместе с сигналом задания, в результате суммарный сигнал обеспечивает управление ЭП. Данное регулирование не нашло должного применения из-за сложности реализации датчиков возмущающих воздействие в частности момента нагрузки – Мс (рис.4.2).

Регулирование по принципу отклонения (принцип обратной связи) - характеризуется наличием цепей обратной связи. Информация о регулируемой координате подаётся на вход ЭП в виде сигнала обратной связи, который сравнивается с задающим сигналом и полученный результирующий сигнал (рассогласования, отключения, ошибки) является управляющим сигналом для ЭП (рис.4.2). Обратные связи могут быть положительными и отрицательными, линейными и нелинейными, жесткими и гибкими и др.

а) б)

Рисунок 2-Замкнутые структуры АЭП с компенсацией по возмущению (а),

с обратной связью (б)

Положительной называется такая обратная связь, сигнал которой направлен согласно (т.е складывается) с задающим сигналом.

Отрицательная - сигнал направлен встречно задающему сигналу.

Жесткая - действует, как в установившемся, так и переходном режимах.

Гибкая - действует только в переходных режимах.

Линейная - характеризуется пропорциональной зависимостью между

регулируемой координатой и сигналом.

Нелинейная - данная зависимость не линейна.

5. Регулирование электропривода

Регулируемые электроприводы, как правило, являются и автоматизированными; многие операции в них выполняются средствами управления без участия оператора.

Для обеспечения требуемых режимов работы машин, производственных механизмов и самого ЭП некоторые переменные, которые характеризуют их работу, должны регулироваться. Такими переменными, часто называемыми в ЭП координатами, являются, например, скорость, ускорение, положение исполнительного органа (ИО) или любого другого механического элемента привода, токи в электрических цепях двигателей, моменты на их валу и др.

Процесс регулирования координат всегда связан с получением искусственных (регулировочных) характеристик двигателя, что достигается целенаправленным воздействием на двигатель.

5.1 Регулирование скорости.

Регулирование скорости движения исполнительных органов требуется во многих рабочих машинах и механизмах - прокатных станах, подъемно-транспортных механизмах, горнодобывающих и металлообрабатывающих станках и др. С помощью ЭП обеспечиваются регулирование и стабилизация скорости движения их ИО, а также изменение скорости ИО в соответствии с произвольно изменяющимся задающим сигналом (слежение) или по заранее заданной программе (программное движение).

Как следует из общей схемы ЭП (Рис. 3.1.), скорость двигателя и ИО при его вращательном (поступательном) движении связаны между собой соотношением

,

где ω(дв.) - скорость движения двигателя и ω(ио.) - скорость движения исполнительного органа;

Анализ выражения показывает, что регулировать скорость движения ИО можно воздействуя или на механическую передачу ( - передаточное отношение редуктора), или на двигатель, или на то и другое одновременно.

При формировании заданного графика движения исполнительных органов часто бывает необходимо обеспечивать требуемое их ускорение или замедление.

5.2. Регулирование момента на исполнительных органах.

В некоторых технологических процессах (изготовление проводов и кабелей, бумажное и текстильное производства) требуется, чтобы исполнительные органы рабочих машин создавали необходимое натяжение в обрабатываемом материале или изделии. Это также обеспечивается с помощью ЭП регулированием создаваемого им момента на исполнительных органах рабочих машин и механизмов.

В некоторых случаях требуется ограничивать момент ЭП для предотвращения поломки рабочей машины или механизма при внезапном стопорении исполнительного органа (например, при копании грунта, бурении скважин, заклинивании механической передачи и др.). Основными показателями для оценки того или иного способа регулирования (ограничения) момента являются точность и экономичность.

Развиваемый электрическим двигателем момент пропорционален произведению магнитного потока и тока якоря, т. е.

М = kФI,

где k - конструктивный коэффициент двигателя.

Таким образом, изменяя ток якоря, или магнитный поток Ф, можно регулировать (ограничивать) момент.

5.3. Регулирование тока.

При пуске двигателей постоянного тока обычного исполнения для обеспечения нормальной работы их коллекторно-щеточного узла ток должен быть ограничен значением 3I_ном. Необходимость ограничения тока возникает и в случае пуска мощных двигателей постоянного и переменного тока, так как их большие пусковые токи могут привести к недопустимому снижению напряжения питающей сети.

5.4. Регулирование положения ИО.

Для обеспечения выполнения ряда технологических процессов требуется перемещение исполнительных органов рабочих машин и механизмов в заданную точку пространства или плоскости и их установка там (фиксирование) с заданной точностью. Перемещение исполнительного органа из одной точки плоскости или пространства (позиции) в другую называется позиционированием.

Позиционирование обычно обеспечивается с помощью путевых или конечных выключателей. Они устанавливаются в заданных позициях и при подходе к ним исполнительного органа производят отключение ЭП. Исполнительный орган тормозится и с некоторой точностью останавливается.

5.5. Регулирование частоты вращения АД

Наряду с использованием ЭП постоянного тока в последние годы с развитием полупроводниковой техники все большее внимание уделяется применению ЭП с АД (короткозамкнутый, фазный …) в различных системах регулирования. Для установок большой мощности в безредукторных, тихоходных ЭП экономически оправданный оказывается также регулируемый, синхронный двигатель.

Применение двигателей переменного тока обусловлено их простотой, дешевизной, высокой надежностью, существенно (в 2..3 раза) меньшими габаритами и массой по сравнению с двигателями постоянного тока. Кроме того, некоторые способы регулирования ω не требуют специальных преобразовательных устройств.

Наиболее распространенные способы регулирования:

1. напряжением на статоре;

2. сопротивлениями в статорной или роторной цепях;

3. частотой питающего тока;

4. переключением полюсов;

Правильное применение регулируемого электропривода приводит к:

• автоматизации технологического процесса;

• исключению непроизводительного потребления электроэнергии;

• оптимизировании технологического цикла.