2.3. Регулирование положения.

Обеспечение технологических процессов ряда рабочих машин требует перемещения их исполнительных органов в заданную точку пространства и их установку там (фиксирование) с заданной точно­стью. К таким рабочим машинам и механизмам относятся роботы и манипуляторы, подъемно-транспортные механизмы, клапаны, зад­вижки, механизмы подач станков и др. Перемещение и установка исполнительных органов в заданное положение носит название позиционирования, а обеспечивающие эти операции ЭП называ­ются позиционными. Позиционирование обеспечивается соответ­ствующим регулированием положения вала двигателя и может осуществляться по двум вариантам.

Рис. 3.3. Оптимальные графики движения при регулировании положения:

1 - график момента; 2 - график скорости; 3 - график угла поворота вала дви­гателя.

В случаях невысоких требований к точности позиционирование осуществляется с помощью путевых или конечных выключателей. Выключатели устанавливаются в заданных позициях и при подхо­де к ним исполнительного органа производятся отключение дви­гателя и остановка исполнительного органа. Такой принцип пози­ционирования находит применение, например, для обеспечения точной остановки кабин лифтов массового применения.

При необходимости обеспечения высокой точности позици­онирования формируется оптимальный (или близкий к нему) гра­фик угла поворота вала двигателя во времени . Такой график, показанный в виде кривой 3 на рис. 3.3, состоит из трех участков: разгона, движения с установившейся скоростью и торможения. Для его получения должны быть сформированы соответствующие графики момента двигателя M(t) (кривая 1) и скорости w(t) (кри­вая 2). Они позволяют реализовать так называемое оптимальное по быстродействию позиционирование, при котором обеспечи­ваются высокая точность и малое время позиционирования.

Рассмотренное позиционирование реализуется в замкнутой системе «преобразователь- двигатель» с использованием обрат­ных связей по току, скорости и положению. Отметим, что при небольших перемещениях участок установившегося движения на графике может отсутствовать.

3.1. Регулирование переменных электропривода с дпт с помощью резисторов в цепи якоря.

Включение резисторов в цепь якоря двигателя влияет как на электромеханическую, так и на механическую характеристики двигателя и может использоваться как для регулирования скоро­сти, так и для ограничения тока и момента двигателя в переход­ных процессах, в частности при его пуске. Этот способ, отличаясь простотой реализации, применяется при невысоких требованиях к качеству регулирования переменных.

Для получения искусственных (регулировочных) характеристик двигателя проведем следующий анализ. Из (4.7) видно, что ско­рость Wo не зависит от Rд ,а наклон характеристик, как это сле­дует из (4.8), тем больше, чем больше Rд . Это позволяет изобра­зить искомое семейство характеристик в виде совокупности ли­ний (рис. 4.4) различного наклона (жесткости), проходящих через одну и ту же точку на оси скорости с ординатой Wo.

Характеристика 1 соответствует случаю Rд= Ои является есте­ственной, искусственные характеристики 2 ... 4 построены при на­личии в цепи якоря резисторов с сопротивлениями соответствен­но .

Регулирование скорости данным способом характеризуется сле­дующими показателями. Диапазон регулирования скоро­сти небольшой и обычно не превосходит 2-3. Одна из причин этого заключается в снижении жесткости характеристик по мере увеличения Rд . Направление регулирования скорости - ­вниз от естественной характеристики. Плавность регулирования скорости определяется характером изменения Rд.Если сопротивление этого резистора изменяется плавно, то данный спо­соб обеспечивает плавное регулирование скорости. Чаще всего рас­сматриваемый способ обеспечивает ступенчатое регулирование скорости. Стабильность скорости снижается по мере увели­чения диапазона регулирования, так как уменьшается жесткость регулировочных характеристик.

Рис. 4.4. Характеристики двигателя при различных сопротивлениях добавочнго резистора в цепи якоря;

Экономичность регулирования скорости оценим, со­поставив требуемые капитальные затраты на реализацию данного способа и стоимость потерь мощности (энергии) при регулирова­нии. Капитальные затраты на приобретение добавочных резисто­ров небольшие, так как их стоимость невелика.

В то же время потери мощности и соответственно потери элек­трической энергии и ее стоимость оказываются существенными. Убедимся в этом, оценив потери мощности в цепи якоря - ос­новную долю потерь в двигателе.

Потери мощности в цепи якоря определяются разностью мощностей: потребляемой из сети и полезной меха­нической на валу

Допустимую нагрузку двигателя при его работе на ис­кусственных характеристиках определяют исходя из номинально­го тока, при котором двигатель не будет перегреваться выше нормы. Так как при данном способе регулирования магнитный поток не изменяется и равен номинальному, то подстановка в формулу

Выражение (4.12) показывает, что при рассматриваемом спо­собе регулирования скорости двигатель может без перегрева рабо­тать на любой искусственной характеристике с моментом нагруз­ки, равным номинальному. Отметим, что способы регулирования скорости, характеризующиеся , получили в теории ЭП название «регулирование скорости при постоянном моменте».

Рассмотренный способ применяется для регулирования скоро­сти движения исполнительных органов при небольших диапазо­нах или кратковременной работе на пониженных скоростях.

Рассмотрим порядок построения пусковой диаграммы, если зада­ны и число характеристик (ступеней пускового резисто­ра) m = 2 (рис. 4.6, а).

Строится естественная характеристика 1 двигателя.

Проводится вертикальная линия, соответствующая абсциссе I1 = IДОII или М1 = Мдоп. Через точки а и b с координатами и (О, I1) проводится искусственная (реостатная) характеристика З, соответствующая включению в цепь якоря обеих ступеней пуско­вого резистора (рис. 4.6, б). Определяется ток переключе­ния по приближенному соотношению и прово­дится вертикальная линия, соответствующая этому току. Через то­чку с пересечения этой линии с характеристикой 3 (см.' рис. 4.6, а) проводим горизонтальную линию до ее пересечения в точке d с вертикалью, имеющей абсциссу I1. Через точки а и d проводится искусственная (реостатная) характеристика 2, а через точку е ­еще одна горизонталь до пересечения ее в точке f с естественной характеристикой 1. Для точного попадания точек с, d, е, f на вертикали с абсцис­сами I1 и I2 производится подбор величины тока I2.

Пуск двигателя начинается по характеристике З. При скорости W1, когда ток снизится до значения I2 ключом KlзакорачиваетсяRдl и двигатель переходит на характеристику 2, по которой продолжает свой разбег. При скорости W2 ключом К2закорачивается Rд2 и двигатель выходит на естественную характеристику 1.

Рис. 4.6. Пусковая диаграмма двигателя (а) и схема включения пусковых резисторов (б):

1 - естественная характеристика двигателя; 2, 3 - реостатные характеристики двигатели.

Число ступеней т добавочного резистора, или число исполь­зуемых искусственных характеристик, связано с пределами из­менения тока в якоре . и током переключении I2 следу­ющим соотношением:

В качестве ключей для шунтирования добавочных резисторов используются контакторы. Отметим, что искусственные механи­ческие характеристики пусковой диаграммы могут быть исполь­зованы и для регулирования скорости.