- •Одобрено учебно-методической комиссией энергетического факультета
- •Введение
- •1. Электроприводы с релейно-контакторными системами управления
- •1.1. Условные обозначения, применяемые в электрических схемах
- •1.2. Способы пуска и торможения электроприводов с рксу
- •Пуск двигателя постоянного тока в функции скорости
- •Динамическое торможение двигателя постоянного тока в функции скорости
- •Торможение противовключением двигателя постоянного тока
- •Пуск синхронного двигателя в функции скорости
- •Разгон двигателя постоянного тока до скорости выше основной в функции тока якоря
- •Пуск двигателя постоянного тока в функции времени
- •1.3. Защиты в электроприводе
- •2. Способы формирования процессов пуска в регулируемых электроприводах
- •2.1. Оптимальные кривые переходных процессов разгона и торможения электропривода
- •2.2 Связь частотной характеристики электропривода с кривой тока якоря при разгоне
- •2.3. Формирование переходного процесса пуска двигателя в разомкнутой системе преобразователь-двигатель
- •Функциональная схема, показатели процесса пуска
- •Анализ показателей пуско-тормозных процессов в разомкнутой системе преобразователь-двигатель
- •2.4. Формирование прямоугольной токовой диаграммы с помощью отрицательной обратной связи по току якоря
- •2.5. Формирование прямоугольной токовой диаграммы с помощью гибких обратных связей по напряжению на якоре двигателя
- •2.6. Применение последовательных корректирующих устройств для улучшения формы кривой тока якоря при разгоне электропривода
- •2.7. Формирование прямоугольной токовой диаграммы с помощью интегрального задатчика интенсивности в схеме с отрицательной обратной связью по скорости
- •2.8. Формирование прямоугольной токовой диаграммы с помощью задатчика интенсивности в схеме с отрицательной обратной связью по напряжению на якоре
- •3. Способы поддержания скорости электропривода
- •3.1. Исходные положения
- •3.2. Показатели разомкнутой системы «преобразователь двигатель»
- •3.3. Применение отрицательной обратной связи по скорости вращения двигателя
- •3.4. Применение отрицательной обратной связи по напряжению на якоре двигателя
- •3.5. Применение положительной обратной связи по току якоря двигателя (ir-компенсация)
- •3.6. Регулирование по возмущению
- •4. Регулируемые электроприводы постоянного тока
- •4.1. Основные сведения об элементах серии убср
- •4.2. Основные типы регуляторов, реализуемых на операционных усилителях серии убср
- •4.3. Структурные схемы электроприводов на элементах убср
- •4.4. Одноканальная схема вентильного электропривода с подчиненным регулированием Принципиальная схема электропривода
- •Выбор базовых величин переменных
- •Структурная схема электропривода и параметры звеньев
- •Преобразования структурной схемы
- •Настройка контура регулирования тока якоря двигателя крт
- •Настройка контура регулирования скорости крс
- •Статические характеристики электропривода
- •Формирование процессов разгона и торможения привода
- •Процессы в электроприводе, вызванные приложением статической нагрузки
- •4.5. Электропривод постоянного тока по схеме "источник тока - двигатель" Функциональная схема электропривода
- •Статические характеристики электропривода
- •Настройка системы электропривода
- •Формирование процессов в электроприводах с большим диапазоном изменения момента
- •4.6. Электропривод постоянного тока с двухзонным регулированием скорости Постановка задачи
- •Функциональная схема электропривода
- •Структурная схема двигателя при скорости вращения выше основной
- •Структурная схема электропривода при работе в зоне ослабленного потока двигателя
- •Настройка электропривода с двухзонным регулированием скорости. Рекомендации по выбору регуляторов
- •Учет переменных параметров двигателя при настройке крн и крс
- •Статические характеристики электропривода
- •4.7. Электропривод с реверсом поля двигателя
- •4.8. Вентильный электропривод с параллельными регуляторами
- •Функциональная схема электропривода
- •Особенности настройки одноконтурной системы регулирования напряжения
- •5. Регулируемые электроприводы переменного тока
- •5.1. Общие положения. Преимущества электроприводов переменного тока
- •5.2. Понятие векторного регулирования электромагнитного момента в электрической машине переменного тока
- •5.3. Синхронный электропривод с частотнотоковым регулированием момента Конструирование системы управления
- •Функциональная схема электропривода
- •Работа электропривода в установившихся режимах
- •Вывод соотношения для величины электромагнитного момента двигателя
- •Анализ выражения для электромагнитного момента сд в электроприводе с частотнотоковым управлением
- •Статические характеристики электропривода с чту
- •Габаритная мощность силовых элементов в электроприводе переменного тока
- •5.4. Частотнорегулируемые синхронные электроприводы с регулированием продольной и поперечной составляющих тока статора
- •Эволюция силовых цепей, приводящая к вентильному двигателю
- •Функциональная схема электропривода
- •Статические характеристики электропривода
- •5.6. Особенности формирования моментного треугольника в асинхронных электроприводах
- •5.7. Асинхронный электропривод с частотнотоковым управлением Принятый способ формирования момента ад
- •Принципиальная схема электропривода
- •Статические характеристики электропривода
- •5.8. Регулируемые асинхронные электроприводы массовых серий
- •5.9. Асинхронные электроприводы с регулированием напряжения на статоре Функциональная схема электропривода
- •Структурная схема асинхронного двигателя
- •Настройка электропривода
- •Энергетические показатели и рациональные области применения электропривода
- •5.10. Электропривод с машиной двойного питания Общая оценка электроприводов с машинами двойного питания
- •Функциональная схема электропривода
- •Векторные диаграммы и статические характеристики электропривода
- •5.11. Частотнорегулируемый асинхронный электропривод с векторным управлением
- •6. Перспективные электроприводы с нетрадиционными типами двигателей и новейшими источниками питания
- •6.1. Вентильный индукторный электропривод
- •6.2. Электропривод с синхронным реактивным двигателем независимого возбуждения
- •7. Следящие электроприводы
- •7.1. Примеры электроприводов с регулированием положения выходного вала рабочего механизма
- •7.2. Ошибки следящих электроприводов в установившихся нормированных режимах
- •7.3. Позиционный тиристорный электропривод постоянного тока Функциональная схема электропривода
- •Настройка электропривода «в малом». Синтез регулятора положения
- •Процессы отработки больших перемещений в схеме с линейным регулятором положения
- •Формирование оптимальных процессов «в большом»
- •С вязь параметров схемы с показателями процессов
- •7.4. Высокоточный следящий электропривод Функциональная схема электропривода
- •Учет упругих податливостей механических звеньев в высокоточных электроприводах
- •Структурная схема неизменяемой части электропривода с учетом упругостей механической системы
- •Пример настройки одноконтурной системы регулирования положения
- •Идея подхода и метод решения задачи
- •Оптимизация параметров эмс для случая 2 1 / тм
- •Оптимизация параметров эмс для случая 1 / тм 2
- •7.6. Электроприводы с модальным управлением. Наблюдающие устройства
- •7.7. Выбор структуры и параметров наблюдающих устройств при ограниченной чувствительности датчиков положения
- •Список литературы
- •Оглавление
- •1. Электроприводы с релейно-контакторными системами управления 9
- •2. Способы формирования процессов пуска 33
- •3. Способы поддержания скорости электропривода 70
- •4. Регулируемые электроприводы постоянного тока 89
- •5. Регулируемые электроприводы 173
- •6. Перспективные электроприводы 259
- •7. Следящие электроприводы 276
Учет упругих податливостей механических звеньев в высокоточных электроприводах
В высокоточных электроприводах возникает проблема подавления влияния упругих деформаций звеньев механической системы на величину ошибки регулирования выходной координаты. Это объясняется тем, что, во-первых, допустимые погрешности системы оказываются и порой существенно меньше упругих деформаций, вызванных податливостью звеньев кинематической цепи. Так, в металлообрабатывающих станках суммарная упругая податливость звеньев механизмов подачи может в 5...20 раз превышать величину допуска на обработку детали [23], в тонколистовых станах холодной прокатки при толщине прокатываемого листа 0,1 мм суммарная упругая деформация деталей системы «валки - клеть» может составлять 1...2 мм [ 30]. Во-вторых, наличие упругостей в кинематической цепи приводит к появлению в контуре регулирования остроколебательных звеньев, а это затрудняет условия устойчивости и, следовательно, ухудшает общие показатели качества настройки электропривода даже в тех случаях, когда стремятся применить специальные малоинерционные двигатели, питающиеся от безынерционных транзисторных преобразователей. В-третьих, часто с целью сохранения благоприятных массогабаритных показателей электропривода стремятся не утяжелять механическую передачу.
Учет упругостей в механических передачах вошел в существующие учебники по электроприводу [15, 32].
Суммарная податливость механической передачи складывается из податливостей зубчатых передач, валов, на которых закреплены колеса и шестерни, подшипников, соединений вал-ступица (шпоночных, шлицевых и др.), муфт, опорных соединений редуктора с основанием.
Податливость шестеренной передачи определяется упругой деформацией зубьев от изгиба и контактного сжатия. Обычно ограничивают допустимые значения удельной жесткости на единицу длины зуба. Для стальных прямых зубьев нормальной высоты удельная жесткость в полюсе зацепления СЗ = (13... 18) 10 3 Н / мм2 [5].
Податливость валов на кручение может достигать внушительных величин. При проектировании максимальные её значения ограничивают допустимыми углами закручивания валов, которые, например, для стали принимают в пределах (4...18) мрад /м.
Податливость подшипников зависит от величины диаметра вала и от условий насадки колец подшипников качения на вал и корпус [21]. Так, у подшипников качения для валов диаметром до 50 мм коэффициент радиальной жесткости лежит в пределах (200...600) Н /мк в зависимости от предварительного натяга.
Податливость соединений вал-ступица носит, в основном, контактный характер и обычно определяется на основании эмпирических формул [23]. Так, для шпоночных соединений угол упругого закручивания
ШП = 4 k МК / d2 L h ,
где МК крутящий момент; d диаметр соединения; L, h длина и высота шпонки; k = (1...3) 10 2 эмпирический коэффициент.
Для шлицевых соединений
ШЛ = 4 k MК / d2 L h z ,
где d диаметр соединения, L, h длина и высота шлицев, z число зубьев, k = 1...4 мкм / МПа эмпирический коэффициент, учитывающий неравномерность распределения и концентрации нагрузки в соединении.
Для следящего электропривода важно оценить величину суммарной податливости упругих звеньев, которую принято характеризовать косвенной величиной частотой резонанса в одномассовой упругой механической системе, образованной упругим звеном с коэффициентом жесткости (величиной, обратной податливости) С и моментом инерции рабочего механизма JРМ Р = ( С / JРМ )1/2 . Для разных производственных механизмов эта частота распределяется в широких пределах [6, 7]: для механизмов прокатных станов Р = 40...150 рад/с, для общепромышленных механизмов Р = 2...150 рад/с , для следящих электроприводов Р = 60...200 рад/с.
Кроме упругой податливости звеньев механической передачи, в высокоточных следящих электроприводах необходимо считаться и с наличием люфтов. Наибольшую долю в общую величину люфта механической передачи вносят ее последние звенья и, особенно, – ее открытая пара, которую устанавливают между выходным валом редуктора и входным валом рабочего механизма для удобства их механического сопряжения. Чтобы устранить люфт в последней ступени механической передачи, применяют разрезные подпружиненные шестерни [24]. Однако в этом случае возрастает влияние момента сил сухого трения из-за возросших постоянно присутствующих усилий, создаваемых затянутой пружиной в разрезной шестерне. Кроме того, остается неустраненным влияние люфтов из-за технологических погрешностей предварительных ступеней редуктора (из-за неизбежного бокового зазора в шестеренных парах, допуска на смещение исходного контура, податливости подшипников и отклонения межосевого расстояния). Например, механические передачи высокоточных следящих электроприводов с общим передаточным числом iР = 400...600 (при этом передаточное число подпружиненной открытой пары iОП = 15...20) имеют величину общего люфта, приведенную к валу рабочего механизма, до 1,0...1,5 угловых минут.
Более радикально подавляют влияние люфтов, когда приводят венец зубчатого колеса последней ступени механической передачи от двух электродвигателей, которым системой регулирования задают постоянную разницу моментов, достаточную для создания предварительного натяга в звеньях не только последней, но и промежуточных ступеней механической передачи [24, 29].