Глава 4. Регулирование скорости электроприводов

4.1. Основные показатели регулирования скорости электроприводов

Регулированием скоростиназываетсяпринудительное изменение скоростиэлектропривода в зависимости от требований технологического процесса. Понятие регулирования скорости не следует смешивать с естественным изменением скорости, возникающим в электроприводах в силу изменения нагрузки на валу работающего двигателя. Регулирование скорости осуществляется дополнительным воздействием на приводной двигатель; оно может быть произведено человеком или специальным автоматическим устройством.

Основными показателями, характеризующими различные способы регулирования скорости электроприводов, являются:

1)диапазон регулирования;

2) плавность;

3) экономичность;

4) стабильность скорости;

5) направление регулирования скорости;

6) допустимая нагрузка при различных скоростях.

1. Диапазон регулирования скорости определяется отношением возможных установившихся скоростей: максимальной к минимальной

при заданной точности регулирования (с заданным статическим падением скорости электропривода) для возможных пределов изменения момента нагрузки и других возмущений.

Обычно диапазон регулирования выражается в числах в виде отношения, например: 2:1, 4:1, 10:1, 20:1 и т. д.

Современные системы автоматического регулирования электроприводов с обратными связями позволяют существенно расширить диапазон регулирования скорости.

2. Плавность регулирования характеризует скачок скорости при переходе от данной скорости к ближайшей возможной. Плавность тем выше, чем меньше этот скачок. Плавность регулирования можно оценить коэффициентом плавности, который находится как отношение двух соседних значений угловых скоростей при регулировании

,

где и- угловые скорости соответственно на-й и-й ступенях регулирования.

При плавном регулировании , а число скоростей. В случае ступенчатого регулирования коэффициент плавности регулирования существенно отличается от единицы.

3. Экономичность регулирования характеризуется затратами на сооружение и эксплуатацию электропривода.

Необходимо отметить, что экономически выгодным оказывается такой регулируемый электропривод, который обеспечивает большую производительность приводимого им в действие механизма при высоком качестве технологического процесса.

При оценке экономичности электропривода стоимость материалов и оборудования, а также потери энергии в процессе регулирования. Потери мощности , возникающие при регулировании скорости, определяют КПД привода:

,

где — мощность на валу двигателя:

- мощность, потребляемая двигателем из сети.

4. Стабильность угловой скорости характеризуется изменением угловой скорости при заданном отклонении момента нагрузки и зависит от жесткости механической характеристики. Стабильность тем выше, чем больше жесткость характеристики.

На рис. 4.1 приведены две характеристики двигателя постоянного тока параллельного возбуждения при регулировании угловой скорости введением резисторов в цепь якоря.

Если при этом момент сопротивленияостается неизменным, то двигатель, работавший ранее с угловой скоростью, будет после введения дополнительного резистора в цепь якоря работать с угловой скоростью. Однако при наличии изменений нагрузочного момента в некоторых пределах (±) угловая скорость двигателя не остается постоянной, она изменяется относительно средних значенийили. Отклонения угловой скорости, вызванные изменениями нагрузки, будут тем больше, чем меньше жесткость характеристики. Это обстоятельство во многих случаях ограничивает диапазон регулирования скорости.

5. Направление регулирования скорости, т. е. уменьшение или увеличение ее по отношению к основной скорости, зависит от способов регулирования.

Основная угловая скорость, например, двигателя постоянного тока независимого возбуждения соответствует номинальным значениям напряжения и магнитного потока. Эта скорость получается в том случае, когда в цепях двигателя нет никаких внешних резисторов, т. е. точка находится на естественной механической характеристике.

Различают однозонное регулирование вниз от основной скорости, однозонное регулирование вверх от основной скорости и двухзонное регулирование, когда имеется возможность получать характеристики выше и ниже естественной.

6. Допустимая нагрузка двигателя, т. е. наибольшее значение момента, который двигатель способен развивать длительно при работе на регулировочных характеристиках, определяется нагревом двигателя и для разных способов регулирования будет различной.

Степень нагрева, в свою очередь, зависит от потерь энергии в двигателе, а последние определяются главным образом током, потребляемым двигателем.

Если при работе на всех характеристиках ток будет равен номинальному току двигателя, то это будет означать, что двигатель загружен полностью при всех угловых скоростях (при этом предполагается, что условия охлаждения двигателя остаются неизменными при любых скоростях). С учетом этого важного предположения допустимой нагрузкой двигателя можно считать такую, при которой ток двигателя в его силовых цепях равен номинальному. Тогда допустимый момент, например, двигателя постоянного тока

.

Допустимый момент зависит от способа регулирования. Рассмотрим в качестве примера двигатель постоянного тока независимого возбуждения. Он может иметь две зоны регулирования, как это показано на рис. 4.2. Зона 1 отвечает регулированию с постоянным моментом. Действительно, если регулирование осуществляется изменением сопротивления или напряжения главной цепи при неизменном номинальном магнитном потоке двигателя, то при номинальном токе якоря допустимый момент будет постоянным

.

Мощность на валу двигателя в этой зоне изменяется по линейному закону, так как она пропорциональна угловой скорости

.

Зона 2 отвечает регулированию с постоянной мощностью, когда оно производится изменением магнитного потока двигателя.

В этом случае при неизменном токе якоря, равном номинальному, магнитный поток с увеличением угловой скорости необходимо регулировать по закону

.

Таким образом, в зоне регулирования 2 допустимый момент должен изменяться по закону

.

Отсюда следует, что мощность в этой зоне регулирования остается постоянной, так как

.

Допустимая нагрузка при регулировании угловой скорости двигателей других типов определяется аналогичными методами.

Следует, однако, иметь в виду, что для самовентилируемых двигателей, снабженных собственным вентилятором для охлаждения, снижению угловой скорости должно соответствовать уменьшение допустимых потерь в двигателе. На малых угловых скоростях эти двигатели должны работать при токах, меньших номинального, а следовательно, и допустимый момент уменьшается по мере уменьшения угловой скорости.