Настройка электропривода

Анализ динамики электропривода выполним, воспользовавшись его линеаризованной структурной схемой (рис. 5.23). Примем ряд допущений. Будем считать, что напряжение на статоре не изменяется при изменении нагрузки на валу двигателя. В качестве расчетного значения коэффициента усиления канала КН примем его максимальное значение К_{U МАКС}, когда условия устойчивости контура регулирования скорости наихудшие. Примем К_N  0, т.е. двигатель при изменении напряжения на статоре рассматривается как источник регулируемого момента и имеет абсолютно мягкую механическую характеристику. Это допущение бывает приемлемым потому, что в схемах асинхронных электроприводов с регулированием напряжения на статоре применяются или двигатели с повышенным скольжением, или в цепь ротора двигателей с фазным ротором вводятся добавочные резисторы. Да и в обычных короткозамкнутых асинхронных двигателях величины  и К_П разнятся незначительно, так что частота среза контура, образованного звеньями Д и КС, получается намного ниже частоты среза контура регулирования скорости. С учетом сказанного при выборе структуры и параметров регулятора РС звено КС можно отбросить.

Тиристорный преобразователь напряжения ТПН описывается инерционным звеном с постоянной времени Т_П = 0,01...0,05 с. Относительно большое по сравнению с вентильными электроприводами постоянного тока значение постоянной времени фильтра в СИФУ ТПН объясняется желанием свести к минимуму влияние электромагнитных переходных процессов в двигателе на величину электромагнитного момента.

Предварительную оценку величины желаемых параметров регулятора можно выполнить, используя правило симметричного оптимума:

• ввести расчетную постоянную времени контура регулирования скорости

Т_РС = Т_Д / К_U К_РС ,

где К_РС = Т₂ / Т₁;

• определить желаемую величину этой расчетной постоянной

Т_РС  (2...4)  Т_J = (2...4) T_П ,

а по ней – коэффициент усиления П-канала К_РС в регуляторе скорости;

– определить постоянную времени Т₂ , соответствующую частоте сопряжения П- и И-каналов в регуляторе РС:

Т₂ = Т_РС / (2...4).

Энергетические показатели и рациональные области применения электропривода

При регулировании скорости вращения асинхронного электропривода только изменением напряжения на статоре при неизменной частоте этого напряжения энергетические показатели электропривода получаются низкими из-за больших потерь в цепи ротора при больших скольжениях. Если рассматривать только установившиеся режимы работы электропривода, то при регулировании скорости электропривода необходимо, чтобы мощность потерь в цепи ротора асинхронного двигателя

Р = М s  M_Н s_Н .

Здесь М, s – электромагнитный момент и скольжение ротора двигателя, соответствующие заданной скорости вращения; M_Н, s_Н – номинальные момент и скольжение двигателя.

Из приведенного соотношения следует, что в установившемся режиме работы допустимый момент асинхронного двигателя

М_ДОП  M_Н s_Н / s .

Записанное неравенство указывает на то, что величину М_ДОП следует снижать тем более значительно (при выбранном двигателе), чем больше s, т.е. глубже регулирование скорости.

Чтобы обеспечить требуемые величины момента на валу механизма во всем диапазоне скоростей в длительном режиме работы, необходимо или увеличивать s_Н (выбирать двигатели с повышенным скольжением, вводить добавочные резисторы в цепи ротора), или увеличивать М_Н (т.е. применять двигатели завышенной мощности). В частности, при М_С = const и регулировании скорости вращения асинхронного двигателя до нуля приходится завышать мощность двигателя в 3...4 раза даже в случае использования двигателей с повышенным скольжением [15].

Так как при регулировании скорости асинхронного электропривода изменением только напряжения на статоре двигателя энергетические показатели невысокие, то наиболее целесообразно к этому способу прибегать тогда, когда снижение скорости вращения двигателя требуется лишь кратковременно и энергетика процессов регулирования не играет существенной роли.

Полезно включение тиристорных преобразователей напряжения в цепь статора асинхронного двигателя в нерегулирумых по скорости электроприводах с перемежающейся нагрузкой, при которой за отрезками времени с большим моментом статической нагрузки следуют и порой значительные промежутки времени, когда нагрузка падает до холостого хода. Примером таких механизмов являются некоторые прессы в машиностроительной промышленности. Регулируемые преобразователи напряжения позволяют снижать напряжение на статоре двигателя при малых моментах статической нагрузки и тем самым уменьшать потери холостого хода двигателя, а также повышать коэффициент мощности электроустановки.

В последние годы тиристорные преобразователи напряжения стали часто использоваться в электроприводах механизмов с нагрузочными характеристиками вентиляторного типа (центробежные насосы, вентиляторы) для формирования режимов «мягкого» пуска. В этом случае преобразователь напряжения переводят в режим источника тока, а процесс пуска ведут при токе статора, превышающем номинальное значение не более, чем в 2...2,5 раза. Тем самым удается существенно разгрузить при пуске двигателей (а мощность их составляет сотни киловатт и более) питающие сети, но самое главное – в двигателе резко снижаются вибрационные электромагнитные моменты, обусловленные взаимодействием апериодической и вынужденной составляющих тока статора в момент подключения статорной цепи к источнику питания [12]. Конечно, ограничение пускового тока в асинхронном двигателе приводит к снижению его момента. Но в данном случае речь идет о механизмах, имеющих малые моменты статической нагрузки при малых скоростях. А таких механизмов немало. В частности, установленная мощность электроприводов только центробежных насосов и вентиляторов доходит до 30...40% от установленной мощности всех электроприводов [8].