- •Регулирование скорости осуществляется дополнительным воздействием на приводной двигатель; оно может быть произведено человеком или специальным автоматическим устройством.
- •Пункт 2 - Основные параметры регулирования скорости.
- •1) Диапазон регулирования - определяется отношением возможных установившихся скоростей ωmax максимальной к минимальной ωmin.
- •Контрольные вопросы для закрепления изученного материала:
Дисциплина: ПП.03.05 «Системы управления автоматизированного
электропривода»
Блок модулей 1 (ПП.03.05.01) «Механические характеристики электроприводов,
принципы регулирования скорости электропри-
водов»
Модуль 1.1 (3 ПФ.С.11.ЗР.З.01.01) «Механика электропривода»
Лекция № 3
«Общие сведения о регулировании скорости електропривода.
Способы регулирования скорости электропривода.
Основные параметры регулирования скорости»
План:
1. Общие сведения о регулировании скорости електропривода. Способы регули-
рования скорости электропривода.
2. Основные параметры регулирования скорости.
Пункт 1 - Общие сведения о регулировании скорости електропривода. Способы
регулирования скорости электропривода.
В современной промышленности используется большое количество производственных механизмов, работающих с различной, изменяющейся скоростью. К этой многочисленной группе относятся металлообрабатывающие станки, прокатные металлургические станы, подъемные краны и транспортные устройства, а также различные механизмы бумажной, угольной, текстильной и других отраслей промышленности. Так, в металлорежущих станках скорость электропривода должна регулироваться в зависимости от рода обрабатываемого металла, качества резца, размеров обрабатываемых изделий и других факторов. В прокатных станах для каждого профиля прокатываемого металла также имеются свои наиболее благоприятные скорости, определяющие производительность стана и качество продукции. Снижение скорости при прокатке ведет к уменьшению производительности и увеличению расхода энергии вследствие охлаждения металла, а чрезмерное увеличение скорости ухудшает качество продукции и даже приводит к появлению брака, так как при чрезмерных скоростях металл не успевает заполнить углы калибров прокатных валков.
В лифтах, подъемных и транспортных механизмах скорость необходимо снижать по мере подхода к пункту остановки, чтобы обеспечить плавное замедление и точную остановку в нужном месте. Скорость, при которой должен работать дымосос в котельной, определяется качеством топлива, его влажностью, зольностью, условиями процесса горения и требуемой производительностью котла. Во всех этих механизмах, как и во многих других, для достижения высокой производительности и требуемого качества работы необходимо осуществлять регулирова-ние скорости.
Регулированием скорости называется принудительное изменение скорости электропривода 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 работающей машины.
Регулирование скорости осуществляется дополнительным воздействием на приводной двигатель; оно может быть произведено человеком или специальным автоматическим устройством.
В принципе регулирование скорости движения элементов исполнительных органов может быть достигнуто тремя способами:
1 - воздействием на механическую передачу;
2 - воздействием на сам электродвигатель;
3 - воздействием на то и другое одновременно.
Первый способ связан с изменением передаточного числа или радиуса приведения механической передачи при постоянной скорости двигателя и поэтому получил название механического способа регулирования. Для его реализации могут быть использованы коробки передач (при ступенчатом регулировании), вариаторы, электромагнитные и гидравлические муфты (для плавного регулирования). Этот способ применяется ограниченно из-за сложности автоматизации технологических процессов, малого набора регулируемых механических передач указанного типа и невысоких надежности и экономичности их работы.
Второй способ, получивший название электрического, предусматривает воздействие на двигатель при неизменных параметрах механической передачи. Этот способ нашел основное применение в современном ЭП вследствие его широких регулировочных возможностей, простоты и удобства использования в общей схеме автоматизации технологических процессов и экономичности.
Третий способ, комбинированный, сочетает в себе электрический и механический способы, находит применение главным образом в ЭП металлообрабатывающих станков.
Пункт 2 - Основные параметры регулирования скорости.
Как уже было сказано ранее, в настоящее время широко применяется электрическое регулирование скорости, которое имеет ряд преимуществ в отношении технических и экономических показателей. Основными ппараметрами, характеризующими различные способы регулирования скорости электроприводов, являются:
1) Диапазон регулирования - определяется отношением возможных установившихся скоростей ωmax максимальной к минимальной ωmin.
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. Различные производственные машины требуют разных диапазонов регулирования. Например, главные механизмы металлорежущих станков в зависимости от их назначения работают с диапазонами регулирования D = (4:1) ÷ (100:1) и выше; для механизмов подач универсальных станков требуется диапазон до 10000:1 и вышe. При изготовлении бумаги для газет бумагоделательная машина работает с диапазоном регулирования D = 3:1, а при изготовлении высших сортов бумаги D = 20:1. Некоторые прокатные металлургические станы имеют диапазон регулирования D = (20:1) ÷ (25:1).
2) Плавность регулирования - характеризует скачок скорости при переходе от одной скорости к ближайшей возможной. Плавность тем выше, чем меньше этот скачок. Число скоростей, получаемых в данном диапазоне, определяется плавностью регулирования. Её можно оценить коэффициентом плавности регулирования, который находится как отношение двух соседних значений угловых скоростей при регулировании. Плавность регулирования во многих случаях определяет качество продукции. В практике электропривода наименьшей плавностью регулирования обладают двухскоростные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Высокая плавность регулирования угловой скорости достигается, например, в двигателе постоянного тока независимого возбуждения при регулировании изменения потока или подводимого к якорю двигателя напряжения.
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 и сравнительно быстро окупается. При оценке экономичности регулируемого электропривода следует принимать во внимание надежность его в эксплуатации, а также учитывать дефицитность материалов и оборудования, затрачиваемых на сооружение того или иного привода. Существенное значение имеют потери энергии в процессе регулирования. Важным экономическим показателем электропривода является коэффициент мощности и потребление реактивной энергии за рабочий цикл. В случае двигателя переменного тока сдвиг фаз между током и напряжением сети обусловливается потреблением реактивной мощности, затрачиваемой на создание магнитного потока. Номинальный коэффициент мощности для большинства двигателей составляет cos φ ном - 0,8 ÷ 0,9 и зависит от мощности двигателя. С ростом мощности и номинальной угловой скорости двигателя повышается номинальный коэффициент мощности. Коэффициент мощности асинхронного двигателя в сильной степени зависит от нагрузки; при холостом ходе коэффициент мощности мал вследствие значительной реактивной мощности, затрачиваемой на создание потока, и малой активной мощности, связанной лишь с постоянными потерями. По мере роста нагрузки примерно до номинальной активная мощность растет быстрее реактивной и cos φ возрастает до номинального значения.
Коэффициент мощности синхронного двигателя также зависит от нагрузки, однако он может быть изменен при регулировании тока возбуждения. При меньшем токе возбуждения синхронный двигатель является потребителем реактивной мощности. С увеличением тока возбуждения возрастает cos φ. При дальнейшем увеличении тока возбуждения синхронный двигатель может работать в качестве генератора реактивной мощности.
4) Стабильность скорости характеризуется изменением угловой скорости при заданном отклонении момента нагрузки и зависит от жесткости механической характеристики; она тем выше, чем больше жесткость характеристики.
5) Направление регулирования скорости (уменьшение или увеличение её относительно основной скорости) зависит от способов регулирования скорости.
Различают однозонное регулирование вверх от основной скорости и двухзонное регулирование, когда имеется возможность получать характеристики выше и ниже естественной. При регулировании с помощью резисторов в цепи якоря двигателя постоянного тока или в цепи ротора асинхронного двигателя угловая скорость в двигательном режиме при данной нагрузке по мере увеличения сопротивления резисторов уменьшается. Это означает, что регулирование изменением сопротивления резисторов может быть осуществлено только вниз по отношению к основной скорости. Напротив, регулирование уменьшением магнитного потока ведет в пределах нормальных нагрузок к увеличению угловой скорости, т. е. в этом случае осуществляется однозонное регулирование вверх от основной скорости.
6) Допустимая нагрузка при различных скоростях. 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.
Изменение нагрузочного момента в зависимости от скорости у различных производственных механизмов различно. Например, многие механизмы требуют регулирования при постоянном моменте. К ним относятся: подъемные краны, лебедки, некоторые прокатные станы и т, и. С другой стороны, существуют механизмы, у которых регулирование скорости производится с постоянной мощностью. В качестве примеров подобного механизма можно привести токарный станок, у которого в процессе обработки данной детали желательно поддержание постоянства линейной скорости (или скорости резания) и усилия резания. При этих условиях произведение скорости резания на усилие даст постоянство мощности. Поддержание постоянства скорости резания достигается плавным регулированием угловой скорости электропривода. Однако в таком случае регулирование угловой скорости двигателя может оказаться неэкономичным, так как двигатель на разных угловых скоростях будет использован неодинаково и при работе на некоторых из них будет недогружен. Недогрузка двигателя ведет к ухудшению эксплуатационных показателей привода, так как при этом уменьшается КПД двигателя, а при переменном токе, кроме того, уменьшается и коэффициент мощности. Желательно поэтому применять такой способ регулирования, при котором двигатель был бы по возможности полностью загружен при всех угловых скоростях.