Регулирование скорости электроприводов

Задачи и принципы регулирования скорости электроприводов

Регулирование скорости движения рабочих органов механизмов производится обычно с целью увеличения производительности или достижения требуемого качества работы механизма. Вообще регулированием скорости электроприводаназывается принудительное ее изменение в зависимости от требований технологического процесса. Понятие регулирования скорости не следует смешивать с естественным ее изменением, возникающим в электроприводах при изменении нагрузки на валу производственного механизма.

Наибольшее применение в настоящее время имеют электрические способы регулирования скорости воздействием на электродвигатель. Механическое регулирование скорости имеет ограниченное применение и обычно сочетается с электрическим.

Различают параметрические способы регулирования скорости, связанные с изменением параметров цепей двигателя, и способы, основанные на изменении напряжения источника питания, а для двигателей переменного тока – еще и частоты напряжения или тока. Наиболее просто с точки зрения технической реализации регулирование скорости осуществляется в разомкнутых системах, однако область применения способов, основанных на изменении параметров и управляющих воздействий в разомкнутых системах, постепенно сужается. Все большее значение приобретает автоматическое регулирование скорости по отклонению и по возмущающим воздействиям с использованием обратных связей, т.к. это существенно повышает точность, улучшает динамику системы, улучшает динамические показатели точности и качества регулирования.

Реостатное регулирование скорости

Этот способ регулирования возможен как в случае двигателей постоянного тока, так и АД с фазным ротором. Введение добавочного сопротивления в цепь якоря ДПТ или ротора АД как средство регулирования тока и момента, рассмотренное ранее, может использоваться и для регулирования скорости. Однако иная цель введения и изменения сопротивлений вносит существенные отличия в оценку ряда показателей регулирования. Регулировочные сопротивления должны быть рассчитаны, в отличие от пусковых, на длительное протекание тока.

Регулирование возможно только вниз от основной скорости. Жесткость механических характеристик уменьшается с увеличением R_доб. Вследствие этого диапазон регулированиясильно зависит от величины нагрузки, уменьшаясь с уменьшением последней, что видно из графика механических характеристик, приведенного ниже. При идеальном холостом ходе в случае ДНВ, ДСВ, АД регулирование вообще невозможно. Точность регулирования снижается при увеличенииR_доб. ВведениеR_добприводит к снижению средней скорости от_{ср.макс}на естественной характеристике до_срна реостатной характеристике, соответствующейМ_с.ср.

И

зменение статической нагрузки отМ_с.миндоМ_с.максвызывает абсолютную ошибку регулирования,

где _и -модуль жесткости искусственной характери­стики.

Относительная ошибка:

. Видно, что по мере уменьшения жесткости абсолютная и относительная ошибки увеличиваются, причем особенно быстро увеличивается , т.к. при увеличенииR_добуменьшается как_сртак и_и. Точность регулирования дополнительно снижается вследствие, например, измененияU_сети, температурных изменений сопротивления обмоток двигателя и других факторов.

Плавность регулирования ограничивается числом ступеней регулировочного реостата. Обычное их число на панелях управления 3 – 6.

С точки зрения первоначальных затрат этот способ недорог и отличается простотой реализации, однако, в регулировочном реостате теряется значительная энергия. КПД быстро снижается по мере увеличения R_доб. Потери мощности пропорциональны потребляемой мощностиРи относительному перепаду скорости, а для АД – скольжению, т.е.

∆Р₂=М(₀-)=М·₀·S=P·S.

Действительно, например, потери в якорной цепи двигателя независимого возбуждения:

Это значит, что при P = constи уменьшении скоростив 2 раза около половины мощности потребленной из сети, теряется в добавочном сопротивлении. С точки зрения потерь мощности∆Р₂особенно невыгодным является регулирование приM_с =const.

Что касается cosАД, то при реостатном регулировании скорости он сохраняется на уровне номинального значения. Действительно, из выражения тока ротораследуетили ,

откуда .

Электромагнитный момент, как следует из его выражения, прине зависит от сопротивления роторной цепи.

Без учета намагничивающего тока и,

где ₂- угол сдвига по фазе между током ротора и ЭДС ротора.

Анализ этого выражения после подстановки в него значения Sпоказывает, чтоcos₂при реостатном регулировании скорости иM = M_с = constостается неизменным при разных скоростях. Следовательно, не меняется и коэффициент мощности двигателя

.

Что касается допустимой нагрузки при реостатном регулировании , то в случае двигателей постоянного тока, имеющих независимую вентиляцию, при номинальном токе поток также является номинальным и допустимый момент равенМ_доп=кФ_н·I_я.н=М_н=const. То же можно сказать и о допустимой нагрузке АД:

.

Таким образом, реостатное регулирование при независимой вентиляции двигателя является регулированием при постоянном моменте. Мощность же изменяется пропорционально изменению скорости

Р= М·  .

Это значит, что по условиям допустимой нагрузки данный способ регулирования наиболее целесообразен для механизмов, у которыхM_с = const.

Для ДНВ этот способ применяется в тех случаях, когда требования к плавности регулирования невелики, продолжительность работы с пониженной скоростью незначительна. Диапазон регулирования при условии M_с = constД=(22,5).

Регулирование ДПВ и ДСВ этим способом широко применяется в электроприводах подъемно-транспортных механизмов. Обычный диапазон регулирования не превосходит 3:1. То же можно сказать и относительно реостатного регулирования скорости АД. Он ограничивается величиной (23):1.

Отметим, что более благоприятным в отношении потерь мощности в роторной цепи АД является реостатное регулирование при вентиляторной нагрузке, когда подводимая мощность значительно уменьшается по мере снижения .