книги из ГПНТБ / Андрющенко, В. А. Автоматизированный электропривод систем управления учеб. пособие

Уравнение (4.10) определяет механические характеристики элек­ тродвигателя постоянного тока, управляемого с помощью МУ, в ре­ жиме непрерывного тока в цепи якоря.

На рис. 21 изображены механические характеристики, которые построены по уравнению (4.10) для различных значений угла^на­ сыщения а. Из характеристик видно, что по мере увеличения ско­

прерывистого тока якоря для различных значений угла насыщения а. Построение этих механических характеристик по аналитической зависимости сопряжено с громоздкими вычислениями. Вследствие этого при расчете характеристик пользуются специальными вспо­ могательными номограммами.

При увеличении статической нагрузки Мс на валу электродви­ гателя ток в якорной обмотке из прерывистого может стать непре­ рывным. Это произойдет в том случае, когда рабочая точка Ах на механической характеристике, дающая представление о состоянии электродвигателя, переместится из области П (рис. -23) в точку А2 в области НП.

Область U соответствует прерывистому току в якорной обмотке, а область НП — непрерывному току в этой обмотке. В области НП

40

механические характеристики представляют собой прямые линии, параллельные друг другу.

Величина области П зависит от значения индуктивности якор­

теристики электропривода МУ—Д постоянного тока в диапазоне небольших и даже средних нагрузок имеют малую жесткость.

Рис. 23 Рис. 24

Для повышения жесткости механических характеристик в схему электропривода МУ—Д вводится отрицательная обратная связь.

число витков обмотки управления; wp — число витков рабочей обмотки.

Из последнего выражения видно, что отношение коэффициента усиления МУ по напряжению к его постоянной времени для дан­ ного МУ является величиной постоянной, которая пропорциональна

41

частоте питающего напряжения и отношению витков рабочей об­ мотки к обмотке управления:

Постоянная времени М>У с обратной связью определяется по формуле

При положительной обратной связи постоянная времени увели­ чивается, а при отрицательной — уменьшается. Но поскольку при введении положительной обратной связи коэффициент К и растет быстрее, чем постоянная времени, то отношение (4.12) увеличи­ вается .

При заданном значении коэффициента усиления по напряже­ нию К и постоянная времени МУ с положительной обратной связью уменьшается, а при отрицательной обратной связи — увеличи­ вается.

Из выражения (4.11) также следует, что постоянную времени МУ можно уменьшить путем увеличения частоты источника питания.

Для электроприводов МУ—Д систем управления можно исполь­ зовать промышленные серийные магнитные усилители. В табл. 4 приведены основные технические данные МУ с тороидальными сер­ дечниками. Эти усилители включаются по мостовой схеме с выхо-

42

дом на постоянном (выпрямленном) токе (рис. 18, б). Они имеют внутреннюю положительную обратную связь, которая осущест­ вляется с помощью вентилей, и до семи обмоток управления.

13. Д Р О С С Е Л Ь Н Ы Й А С И Н Х Р О Н Н Ы Й Э Л Е К Т Р О П Р И В О Д

Дроссельный асинхронный привод может быть выполнен с вклю­ чением дросселей как в цепь статора, так и в цепь ротора. Обычно при выборе привода отдают предпочтение системе с включением дросселей в цепь статора. В этом случае электропривод имеет не­ сколько большие значения коэффициента полезного действия и cos ф. Уменьшение потерь энергии получается за счет снижения потерь в стали и обмотках электродвигателя, поскольку при регулировании скорости понижается напряжение на статоре и соответственно уменьшается ток намагничи­ вания.

создается дополнительное падение напряжения и№, которое умень­ шает напряжение, подводимое к электродвигателю. Дроссель на­ сыщения снабжен обмоткой подмагничивания ОП, которая подклю­ чена к источнику постоянного тока и„ и служит для регулирования степени насыщения сердечника. При увеличении тока подмагничи-. вания степень насыщения сердечника ДН увеличивается, что при­ водит к уменьшению индуктивности и соответственно к уменьшению реактивного сопротивления дросселя. Вследствие этого напряже­ ние на статоре электродвигателя возрастает, момент электродвига­ теля и его скорость увеличиваются.

На рис. 27 приведены механические характеристики асинхрон­ ного электродвигателя для различных значений сопротивления хд дросселя насыщения. При постоянной величине статического мо­ мента нагрузки Мх возможно устойчивое регулирование скорости изменением х д в диапазоне от с»)] до ю2 -

Следует отметить, что с помощью ДН регулировать скорость вращения электродвигателя можно лишь вниз от синхронного зна­ чения со0. При питании обмотки ОП (см. рис. 26) через потенцио­ метр П, управляемый вручную, жесткость механических характе-

43

ристик не может быть выше жесткости естественной характеристики, причем с увеличением хд жесткость характеристик уменьшается.

Для повышения жесткости механических характеристик, а также расширения диапазона скоростей в дроссельном асинхрон­ ном электроприводе применяют обратные связи.

Наиболее Широкое распространение получили две системы ДАП: 1) с отрицательной обратной связью по скорости; 2) с отрицатель­ ной обратной связью по напряжению и положительной по току.

Схема ДАП с отрицательной обратной связью по скорости изо­ бражена на рис. 28. Обратная связь здесь осуществляется с помощью

Магнитный усилитель ПМУ помимо рабочих обмоток имеет об­ мотку управления ОУ и обмотку смещения ОСМ. Обмотка ОУ яв­ ляется входом усилителя, а обмотка ОСМ обеспечивает оптималь­

ростью электродвигателя с помощью потенциометра П. При отсутст­

где Ку — коэффициент усиления промежуточного магнитного уси - лителя.

44

В свою очередь выходное напряжение тахогенератора пропор­ ционально скорости вращения электродвигателя <а, т. е.

где ктг — передаточный коэффициент тахогенератора.

Тогда, решая совместно уравнения (4.14) и (4.15) относительно

/С, зад-

В этом случае, как видно из выражения (4.16), установившаяся скорость вращения будет опреде­ ляться в основном напряжением ыз а д . При изменении величины этого напряжения от 0 до макси­ мального значения будет изме­ няться установившаяся скорость вращения от 0 до максимальной величины, соответствующей есте­ ственной характеристике электро­ двигателя.

напряжению. В данной системе промежуточный магнитный усили­ тель ПМУ имеет несколько обмоток:

03 — задающая обмотка усилителя, обеспечивающая работу электродвигателя с определенной скоростью. Величина скорости

45

включен на зажимы статора электродвигателя. Глубина отрица­

тродвигателя вследствие увеличения нагрузки результирующая н. с. обмоток 03 и ОН действует в направлении подмагничивания сило­ вого дросселя насыщения ДН и, следовательно, в направлении уменьшения падения напряжения на дросселе.

Н. с. обмотки ОТ направлена согласно с н. с. обмотки 03. Уве­ личение тока нагрузки обусловливает снижение напряжения на

Результирующая н. с. обмотки подмагничивания ОП дросселя

Таким образом, данные обратные связи способствуют повыше­ нию напряжения на зажимах статора электродвигателя, что приво­ дит к повышению момента, а это — к постоянству скорости враще­ ния электродвигателя на заданном уровне с точностью, определяе­ мой статизмом системы.

Преимущества рассмотренного метода управления электропри­ водами следующие:

1)малая мощность управления;

2)отсутствие вращающихся элементов, не считая исполнитель­ ного электродвигателя привода;

1)относительно большую инерционность системы;

2)понижение коэффициента мощности системы с уменьшением скорости вращения электродвигателя;

3)возможность торможения только способом противовключе-

ния;

4)усложнение реверса, осуществление которого требует или двойного комплекта дроссельно-выпрямительных элементов в цепи якоря электродвигателя, или переключения контактов в главной цепи, или изменения направления магнитного потока электродви­ гателя.

46

Вопросы для самопроверки

1. На каком принципе основана работа магнитных усилителей и дрос­ селей насыщения?

2. Какую роль выполняют обратные связи в МУ?

3. Можно ли заменить ЭМУ в системе генератор—двигатель с электро­ машинным управлением магнитным усилителем?

4.Как можно уменьшить инерционность МУ?

5.Какие достоинства и недостатки присущи автоматизированным элек­ троприводам с МУ?

ИМПУЛЬСНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

§ 14. Р Е Г У Л И Р О В А Н И Е СКОРОСТИ В Р А Щ Е Н И Я Э Л Е К Т Р О П Р И В О Д О В И М П У Л Ь С Н Ы М М Е Т О Д О М

Управление скорости вращения электропривода импульсным методом осуществляется периодическим кратковременным измене­ нием электрических параметров цепи якоря и возбуждения электро­ двигателя, а также режимов его работы с помощью быстродейст­ вующих контакторов, реле, электронно-ионных приборов или дру­ гих вспомогательных устройств. При этом момент электродвига­ теля периодически изменяется от некоторого значения, которое превышает статический момент нагрузки, до значения, меньшего ста­ тического момента нагрузки. В установившемся режиме среднее значение момента электродвигателя равно статическому моменту нагрузки.

На рис. 30 изображены типичные схемы импульсного управле­ ния скорости вращения электродвигателей постоянного тока. Уп­ равление контактами производится с помощью вспомогательных устройств, не показанных на рисунке. В течение времени t3 кон­ такты находятся в замкнутом состоянии, в течение времени tp — в разомкнутом. Длительность цикла равна

(5.1)

Относительная длительность непосредственного подключения элек­ тродвигателя к источнику электрической энергии определяется выражением

47

В течение первого интервала времени t3 электродвигатель под­ ключен к источнику "питания непосредственно. Скорость электро­ двигателя увеличивается до некоторой величины со2 (рис. 31). На­ растание скорости за время происходит по экспоненциальному закону.

Рис. 30

Во втором интервале времени tp, когда электродвигатель или отключен вовсе (рис. 30, г), или подключен к источнику питания

Изменение скорости электродвигателя в периоды разгона и тор-

48

можения можно определить соответственно выражениями:

Д О , . . - J ^ J ^ L . . t

При этом средний (за цикл) вращающий момент электродвигателя равен

Полученное выражение дает возможность приближенно по­ строить механические характеристики электродвигателя для лю­

Импульсному методу управления присущи потери мощности на скольжение, выделяющейся в виде тепла в цепи якоря электродви­ гателя.