УДК 62-83.01(075)
Усынин Ю.С. Системы управления электроприводов: Учеб. пособие для студентов вузов. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2001. – 357 с.
Приведены примеры промышленных систем управления электроприводов. Даны функциональные схемы, принцип работы. Описаны способы формирования процессов регулирования и особенности наладки.
Для студентов старших курсов специальности 1804 «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов»
Ил. 133, список лит. – 73 назв.
Одобрено учебно-методической комиссией энергетического факультета
Рецензенты: доктор технических наук, профессор А.Г. Возмилов;
доктор технических наук, профессор В.Л. Кодкин
Издание учебного пособия состоялось благодаря финансовой поддержке энергетических служб предприятий Южного Урала. Особо автор благодарит С.И. Шкаликова и Б.М. Самохвалова (ОАО «Челябинский трубопрокатный завод»), В.М. Плешкова, А.И. Сабурова и В.Г. Козлова (ОАО «Комбинат «Магнезит», г. Сатка), А.П. Горбунова и В.Я. Рыбалко (ОАО «Южуралэлектромонтаж»).
© Усынин Ю.С., 2001
© Издательство ЮУрГУ, 2001
Введение
В курсе «Системы управления электроприводов» (СУЭП) изучаются примеры промышленных систем электроприводов, рассматриваются методы их расчета и наладки. Он является одним из курсов, завершающих образование студентов специальности 1804 «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов», и строится с учетом полученных студентами знаний по электрическим машинам и аппаратам, промышленной электронике, элементам автоматизированного электропривода и теории электропривода. Методической основой курса СУЭП является теория автоматического управления.
СУЭП является одним из наиболее динамично развивающихся учебных курсов. Его потребности предопределили появление в разное время в учебных планах специальности 1804 таких предметов, как «Теория автоматического управления», «Элементы автоматизированного электропривода», «Микропроцессорные средства и системы управления электроприводов».
Большое разнообразие СУЭП требует их классификации. Наиболее важными классификационными признаками следует считать функциональный, структурный и конструкционный (рис. В.1).
В основе тех функций, которые выполняются СУЭП, лежат требования технологического процесса. Электропривод обеспечивает движение механического исполнительного органа. Функциональный признак является наиболее важным, так как с выяснения требований технологического процесса начинается составление технических условий на проектируемый электропривод. Классификация электроприводов по типу регулируемой координаты механической системы является наиболее естественной. Здесь обычно выделяют системы регулирования усилия (момента), скорости или положения рабочего механизма. При этом встречаются системы как прямого регулирования, так и косвенного. Например, системы регулирования усилия редко выполняются с датчиками усилий. Значительно чаще встречаются
системы косвенного регулирования, например, с обратной связью по току якоря двигателя постоянного тока. Регулирование тока применяется как в случае непосредственного контроля усилия на рабочем органе (например, поддержание натяжения наматываемой полосы на моталках станов холодной прокатки), так и при формировании процессов пуска и торможения электропривода с заданным темпом. Системы регулирования скорости также могут выполняться как прямыми, так и косвенными, например, с обратной связью по напряжению на якоре. Системы регулирования положения получили также название следящих электроприводов.
Уровень требований к электроприводу со стороны различных технологических агрегатов может весьма значительно отличаться, и это отразится на возможной структуре СУЭП. В зависимости от требуемой точности регулирования применяют разомкнутые (без обратных связей) или замкнутые (с обратными связями) СУЭП.
Если электропривод, работая на естественной механической характеристике двигателя, обеспечивает требуемую точность регулирования, целесообразнее применить разомкнутую систему регулирования. В случаях, требующих более высокой точности регулирования, применяют замкнутые системы. Сегодня более 95% всех электроприводов выполнено по разомкнутому принципу. Однако обострившиеся проблемы энерго- и ресурсосбережения требуют более широкого применения регулируемых электроприводов и, следовательно, замкнутых систем. Так, по мнению американских экспертов, доля регулируемых электроприводов может быть доведена до 30...40%, но относительно высокие цены на электронные компоненты препятствуют массовому применению регулируемого электропривода.
Особую группу замкнутых СУЭП образуют адаптивные системы – такие, которые при изменении внешних воздействий или параметров электропривода так изменяют свои структуру и (или) параметры корректирующих связей, чтобы выбранный показатель качества регулирования (например, производительность, точность и т.д.) стал наибольшим. Например, в электроприводе подачи колонны бурильного станка нужно добиться максимальной скорости проходки скважины. Если изменять усилие подачи, начиная с нуля, то сначала скорость проходки растет, достигает максимума, а затем снижается из-за возрастающих потерь в очаге разрушения породы. Другими словами, зависимость показателя качества (производительности станка) от величины усилия носит экстремальный характер. Существо же синтеза экстремальной системы регулирования заключается не столько в учете существования этого максимума, сколько в необходимости учета его смещения в зависимости от типа встречающейся горной породы, что обычно предусмотреть заранее нет возможности. Другим примером адаптивной системы может служить электропривод такого часто встречающегося механизма, как моталка стана холодной прокатки полосы. При намотке полосы на барабан моталки диаметр рулона может изменяться в весьма значительном (до 2,5...3 и более раз) диапазоне. Поэтому электропривод, настроенный при работе на начальный (малый) диаметр рулона, при больших диаметрах из-за изменения момента инерции электропривода и соотношения между угловой и окружной скоростями рулона должен быть перестроен.
Наконец, конструкционный признак электропривода важен потому, что различные по принципу своей работы типы электродвигателей требуют и различной аппаратуры. Здесь принято выделять электроприводы постоянного тока (с двигателями независимого или последовательного возбуждения), асинхронные и синхронные.
В основу настоящего пособия положен курс лекций, читаемых автором на протяжении многих лет на кафедре электропривода Южно-Уральского государственного университета (ранее – Челябинского политехнического института). Структура этого курса была в свое время заложена Ю.А. Борцовым. На методику изложения курса весьма благоприятно повлияла совместная многолетняя работа автора с Г.В. Суворовым.
Все годы своей преподавательской работы в вузе автор получал значительную поддержку от коллектива кафедры автоматизированного электропривода Московского энергетического института. В особом долгу автор перед Н.Ф. Ильинским и В.М. Тереховым за их постоянное внимание и доброжелательность в работе.
Автор благодарит своих студентов Е.Е. Боголюбова и Е.А. Шинкаренко, которые вложили много труда при подготовке рукописи, а также Е.В. Ананина за помощь в издании книги.