Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Электроприводы крановых механизмов могут быть как однодвигательные, так и днухдвигательные постоянного или переменного тока. Большинство крановых механизмов имеют однодвигательные приводы . [46]
Напорные маханизмы по способу передачи на рукоять разделяются на зубчато-реечные и канатные, а по способу передачи усилий от силовой установки — на независимые, зависимые и комбинированные. При независимом напорном механизме и однодвигательном приводе подъем и напор ковша осуществляется независимо включающимися муфтами. [47]
Одноковшовые экскаваторы с ковшами емкостью до 1 6 м3 оборудуют однодвигательным приводом, при котором все механизмы экскаватора приводятся в движение от одного двигателя. Кинематические схемы большинства типов экскаваторов с однодвигательным приводом в принципе построены одинаково и различаются только конструктивным выполнением отдельных узлов и механизмов. [48]
В отличие от одноковшовых экскаваторов, имеющих саморегулируемые приводы, обеспечивающие широкие диапазоны изменения скоростей и усилий рабочих органов, многоковшовые экскаваторы работают с постоянным касательным усилием и скоростью рабочего органа, изменяя только усилие и скорость подачи. При этом использование саморегулирования пригодно только при однодвигательном приводе , так как изменение скоростей должно протекать пропорционально на всех механизмах. [49]
Требованиям надежности работы роторных экскаваторов и необходимой автоматизации последовательности включения механизмов наилучшим образом удовлетворяет индивидуальный электрический привод каждого механизма, снабженный соответствующими блокировочными устройствами и защитой от перегрузки. Поэтому для расширения эксплуатационных возможностей роторных траншеекопателей следует отказаться от однодвигательного привода . [50]
На экскаваторах, оборудованных однодвигательным приводом, широко применяется рычажная система управления, при которой машинист непосредственно воздействует на рычаги и включает соответствующий механизм или аппарат. В последние годы получили распространение облегченные системы управления экскаваторами с однодвигательным приводом — гидравлические и пневматические. [51]
Основными типами современных приводов являются однодвигательный и многодвигательный приводы. При этом многодвигательный привод в большинстве случаев представляет собой систему механически между собой не связанных однодвигательных приводов . [52]
V были рассмотрены графики нагружения тяговой цепи одноприводного конвейера. Условия работы многоприводного конвейера значительно сложнее, чем одного или системы нескольких отдельных конвейеров с однодвигательными приводами . [53]
Проектирование электропривода нормально должно вестись параллельно с проектированием соответствующей рабочей машины, так как в ряде случаев тип электропривода может влиять как на кинематические связи рабочей машины, так и на детали ее конструкции. Так, конструкция металлорежущего станка с многодвигательным приводом существенно разнится от конструкции такого же станка с однодвигательным приводом . Поэтому уже в начальной стадии проектирования рабочей машины и ее привода необходимо выяснить те конструктивные и производственные преимущества, которые может дать специально приспособленный к данной рабочей машине электропривод. Лишь в машинах, которые не предъявляют особых требований к двигателю, кроме его конструктивной защиты от окружающей среды, можно обходиться нормальными открытыми, защищенными и закрытыми электродвигателями. [54]
Работа машины в разных технологических режимах заставляет иногда предусматривать несколько рабочих скоростей привода. В зависимости от диапазона регулирования скорости, мощности приводов и продолжительности работы в различных участках диапазона регулирования применяют различные способы его осуществления. В однодвигательном приводе чаще всего используют многоскоростные двигатели с короткозамкнутым ротором, механические микроприводы и вариаторы, регулировочные муфты. [55]
Преобразователи переменного тока выпускаются современной электротехнической промышленностью в двух основных конструктивных исполнениях: в виде преобразователей частоты, питающихся от сети переменного трехфазного напряжения, и в виде автономных инверторов напряжения, питающихся от сети постоянного напряжения. Преобразователи частоты включают в себя блок силового выпрямителя, звено постоянного тока и автономный инвертор напряжения. Как правило, преобразователи частоты применяются в системах однодвигательного привода . На базе автономных инверторов напряжения, питающихся от общего блока выпрямления ( выпрямления / рекуперации) реализуются экономически эффективные системы многодвигательного привода. [56]
Регулирование скорости двигателей постоянного тока
Из уравнения электромеханической характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения следует, что возможны три способа регулирования его угловой скорости:
1) регулирование за счет изменения величины сопротивления реостата в цепи якоря,
2) регулирование за счет изменения потока возбуждения двигателя Ф,
3) регулирование за счет изменения подводимого к обмотке якоря двигателя напряжения U . Ток в цепи якоря I я и момент М, развиваемый двигателем, зависят только от величины нагрузки на его валу.
Рассмотрим первый способ регулирования скорости двигателя постоянного тока изменением сопротивления в цепи якоря . Схема включения двигателя для этого случая представлена на рис. 1 , а электромеханические и механические характеристики — на рис. 2 , а.
Рис. 1. Схема включения двигателя постоянного тока независимого возбуждения
Рис. 2. Механические характеристики двигателя постоянного тока при различных сопротивлениях цепи якоря (а) и напряжениях (б)
Изменяя сопротивление реостата в цепи якоря можно получить при номинальной нагрузке различные угловые скорости электродвигателя на искусственных характеристиках — ω1, ω2, ω3.
Проведем анализ данного способа регулирования угловой скорости двигателей постоянного тока с помощью основных технико-экономических показателей. Так как при данном способе регулирования изменяется жесткость характеристик в широких пределах, то при скоростях менее половины номинальной стабильность работы двигателя резко ухудшается. По этой причине диапазон регулирования скорости ограничен ( D = 2 — З).
Скорость при данном способе можно регулировать в сторону уменьшения от основной, о чем свидетельствуют электромеханические и механические характеристики. Высокую плавность регулирования трудно обеспечить, так как потребовалось бы значительное количество ступеней регулирования и соответственно большое число контакторов. Полное использование двигателя по току (нагреву) в этом случае достигается при регулировании с постоянным моментом нагрузки.
Недостатком рассматриваемого способа является наличие значительных потерь мощности при регулировании, которые пропорциональны относительному изменению угловой скорости. Достоинством рассмотренного способа регулирования угловой скорости являются простота и надежность схемы управления.
Учитывая большие потери в реостате при малых скоростях, данный способ регулирования скорости применяется для приводов с кратковременным и повторно-кратковременным режимами работы.
При втором способе регулирование угловой скорости двигателей постоянного тока независимого возбуждения осуществляется изменением величины магнитного потока за счет введения в цепь обмотки возбуждения дополнительного реостата. При ослаблении потока угловая скорость двигателя как при нагрузке, так и при холостом ходе возрастает, а при усилении потока — уменьшается. Практически возможно изменение скорости только в сторону увеличения ввиду насыщения двигателя.
При увеличении скорости ослаблением потока допустимый момент двигателя постоянного тока изменяется по закону гиперболы, а мощность остается постоянной. Диапазон регулирования скорости для данного способа D = 2 — 4 .
Механические характеристики для различных значений потока двигателя приведены на рис. 2 , а и 2 , б, из которых видно, что характеристики в пределах номинального тока имеют высокую степень жесткости.
Обмотки возбуждения двигателей постоянного тока независимого возбуждения обладают значительной индуктивностью. Поэтому при ступенчатом изменении сопротивления реостата в цепи обмотки возбуждения ток, а следовательно, и поток будут изменяться по экспоненциальному закону. В связи с этим регулирование угловой скорости будет осуществляться плавно.
Существенными преимуществами данного способа регулирования скорости являются его простота и высокая экономичность.
Данный способ регулирования используют в приводах в качестве вспомогательного, обеспечивающего повышение скорости при холостом ходе механизма.
Третий способ регулирования скорости заключается в изменении напряжения, подводимого к обмотке якоря двигателя. Угловая скорость двигателя постоянного тока независимо от нагрузки изменяется прямо пропорционально напряжению, подводимому к якорю. Поскольку все регулировочные характеристики являются жесткими, а степень их жесткости остается для всех характеристик неизменной, работа двигателя является стабильной на всех угловых скоростях и, следовательно, обеспечивается широкий диапазон регулирования скорости независимо от нагрузки. Этот диапазон равен 10 и может быть расширен за счет специальных схем управления.
При данном способе угловую скорость можно уменьшать и увеличивать относительно основной. Повышение скорости ограничено возможностями источника энергии с регулируемым напряжением и U ном двигателя.
Если источник энергии обеспечивает возможность непрерывного изменения подводимого к двигателю напряжения, то регулирование скорости двигателя будет плавным.
Данный способ регулирования является экономичным, так-так регулирование угловой скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения осуществляется без дополнительных потерь мощности в силовой цепи якоря. По всем перечисленным выше показателям данный способ регулирования по сравнению с первым и вторым наилучший.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
СПОСОБЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
Применение на транспортных средствах в качестве источника механической энергии тяговых электрических двигателей позволило исключить такое неприятное явление, присущее приводам с тепловыми двигателями, как кратковременная потеря тягового усилия на ободе колеса, возникающая при согласовании скорости вращения колеса со скоростью приводного мотора за счет изменения передаточного числа редуктора. Возможность использовать редуктор с постоянным передаточным отношением появилась как результат того, что электрическая машина способна изменять скорость вращения вала якоря (ротора) в диапазоне от нуля до максимальной величины. В приводах с тепловыми двигателями диапазон изменения скоростей вращения невелик, что и привело к необходимости изменять передаточное число редуктора по мерс разгона транспортного средства.
Регулирование скорости транспортного средства — более важный фактор по сравнению с регулированием тока и момента, поскольку именно скорость определяет в конечном итоге время движения по перегону и соблюдение графика движения.
В настоящее время используются все способы регулирования скорости вращения вала тягового двигателя, которые применительно к машинам постоянного тока сводятся:
- • к изменению питающего напряжения;
- • изменению величины магнитного потока в машине;
- • изменению сопротивления в цепи якоря машины.
Действительно, если воспользоваться соотношением (3.6) и с помощью приведенных выше соотношений между скоростью подвижного состава и угловой скоростью вала двигателя перейти к зависимости линейной скорости экипажа от параметров машины, можно достаточно просто получить выражение
где U — подведенное к двигателю напряжение;
/- протекающий по цепи якоря ток машины; г сопротивление цепи якоря; с — постоянная машины;
Ф — величина потока машины.
До появления силовой полупроводниковой техники изменения подаваемого на двигатель напряжения добивались включением в цепь якоря дополнительного сопротивления, которое скачкообразно уменьшали по мере разгона подвижного состава, т. е. фактически использовали третий способ регулирования — реостатный пуск. При этом выражение (7.1) имело вид
где R — добавочное сопротивление.
Применение полупроводниковых регуляторов обеспечило плавное увеличение подводимого к цепи двигателя напряжения, что позволило исключить возникновение такого явления, как пробуксовка колес, вызываемая скачкообразным ростом тока в цепи якоря, а следовательно, и тягового усилия, которые и приводили к временной потере сцепления колес с путевой структурой (на рельсовом транспорте).
На рис. 7.1 показаны схемные решения, обеспечивающие реализацию перечисленных способов изменения скорости подвижного состава. На рис. 7.1, а приведена схема силовых цепей аккумуляторного подвижного состава, позволяющая повышать питающее тяговый двигатель напряжение посредством механического коммутатора S. При этом в каждом новом положении ключа разгон осуществляется по характеристике полного поля (ПП), соответствующей величине питающего напряжения (см. зависимости v(/). Скорости движения в каждый момент времени может быть определена по выражению (7.1).
Рис. 7.1. Способы регулирования скорости подвижного состава
На рис. 7.1, б показана схема силовых цепей подвижного состава, питающегося от централизованного источника с постоянной величиной питающего напряжения. Напряжение на двигателе регулируется за счет изменения величины резистора /?, включенного последовательно с ним. Полученные в результате введения в цепь двигателя резистора характеристики называются реостатными. Разгон по ним, как и в предыдущем случае, осуществляется при полном поле машины. Самый значительный недостаток такого схемного решения — наличие потерь энергии в резисторе при пуске, достигающих половины от потребленной из сети. Скорость движения в каждый момент времени может быть рассчитана по выражению (7.2).
Оба рассмотренных варианта имеют один общий недостаток, проявляющийся в скачкообразном изменении тягового усилия при переходе с позиции на позицию, что негативно сказывается на комфортности перевозок пассажиров, особенно при небольшом количестве промежуточных позиций.
На рис. 7.1, в приведена схема силовых цепей подвижного состава, питающегося от централизованного источника через электронный ключ, позволяющий достаточно плавно изменять величину питающего двигатель напряжения. Высокая частота регулирования (до 1 кГц и выше) позволяет получить небольшую пульсацию тока, а следовательно, и тягового усилия при разгоне. Скорость движения в каждый момент времени может быть определена по выражению (7.1), в котором напряжение на двигателе в каждый момент времени рассчитывается на основе соотношения
где X — коэффициент заполнения регулятора;
/„ время импульса (подключения двигателя к источнику питания); /рсг — частота регулирования.
Скорость движения транспортного средства регулируется посредством изменения потока машины после выхода на автоматическую характеристику полного поля с помощью шунтирования обмотки последовательного возбуждения либо введением добавочного резистора в цепь обмотки параллельного возбуждения. На рис. 7.1, г показана схема ослабления поля шунтированием обмотки возбуждения. Скорость движения в каждый момент времени может быть рассчитана на основе выражения (7.1), в котором величину потока можно определить с достаточной степенью точности по основе соотношения
где Ф, — величина потока на /-й позиции ослабления поля; га— сопротивление обмотки возбуждения;
R — шунтирующее сопротивление на /-й позиции ослабления поля; Ф — величина потока машины, соответствующая полному полю.
В некоторых случаях использовалось разбиение обмотки возбуждения на несколько секций, которые затем переключались в определенном порядке. На рис. 7.2 показана принципиальная электрическая схема силовых цепей двигателя, в которой реализуется данный способ ослабления поля машины. При количестве витков первой секции обмотки возбуждения, в два раза большем, чем количество витков второй секции (w
2>v), эта схема позволяет ослабить поле до 33,3 % тремя ступенями (см. таблицу) На первой позиции ослабления поля ОП1 включается контактор КМ2 и выключается контактор КМ1. Выводится
вторая секция обмотки возбуждения. При этом а = — (66,6 %). На второй позиции ОП2 контактором КМЗ обе секции обмотки включаются параллельно. Сопротивления секций обмотки можно принять пропор-
циональными числу их витков. Тогда а = 2 — — =— (44,4%).
На третьей позиции ОПЗ контактором КМ2 отключается первая секция обмотки и получается сх = — (33,3 %).
Рис. 7.2. Ослабление поля переключением частей обмотки возбуждения
Рассмотренные способы регулирования скорости подвижного состава относились к транспортным средствам, тяговый привод которых содержит один тяговый двигатель. Вместе с тем подавляющее большинство подвижного состава рельсового транспорта оборудовано несколькими тяговыми приводами, электрическая часть которых объединена и представляет собой цепь из последовательно включенных электрических машин. В связи с этим возникает необходимость рассмотреть схемотехнические решения, обеспечивающие ре^лирование скорости в многодвигательных приводах.
Способы регулирования скорости в таких приводах аналогичны способам регулирования в однодвигательных транспортных средствах, но схемотехническое решение существенно иное. Наличие в силовых цепях электрической части привода нескольких двигателей позволяет регулировать скорость комбинированием различных способов.
Рассмотрим, каким образом регулируется скорость, на примере двухдвигательного подвижного состава с реостатным пуском.
На подвижном составе, имеющем несколько тяговых электродвигателей, возможны их различные группировки: последовательная, последовательно-параллельная, параллельная.
С целью экономии энергии и получения дополнительных ступеней экономичного регулирования скорости двигатели при пуске часто перегруппировывают. На электрическом подвижном составе городского транспорта применяется обычно только одно переключение двигателей. При этом двигатели включаются в две одинаковые группы, которые в начале пуска соединяются между собой последовательно, а затем (после достижения определенной скорости) — параллельно. В этом случае потери электроэнергии в пусковых реостатах снижаются примерно в два раза.
На рис. 7.3 показана принципиальная электрическая схема цепей подвижного состава с двумя двигателями, номинальное напряжение которых равно напряжению источника питания, позволяющая выполнять их перегруппировку’ методом короткого замыкания. Для пояснения переключений воспользуемся табл. 7.2.
В соответствии с таблицей замыканий на первой переходной позиции в цепь из двух последовательно включенных двигателей вводится резистор, предотвращающий бросок тока в цепи двигателя Ml, который произошел бы на следующей переходной позиции после закорачивания двигателя М2. На третьей переходной позиции происходит размыкание цепи закороченного двигателя М2, а на последней переходной позиции подключение его к источнику питания через пусковой резистор. На первой позиции параллельного включения производится запараллеливание между собой двигателей и пусковых резисторов.
Рис. 7.3. Схема силовых цепей двухдвигательного подвижного состава
Таблица замыканий коммутационных аппара т»
Последняя позиция (безреостатная) последовательного соединения
Первая переходная nl Вторая переходная п2 Третья переходная пЗ
Четвертая переходная п4 Первая (реостатная) позиция параллельного соединения
Кривые токов (/|, /2), магнитных потоков (Фь Ф2) и силы тяги F подвижного состава на каждой из позиций показаны на рис. 7.4, а, зависимости U(I) и F(I)> поясняющие принцип построения, — на рис. 7.4, б. Построение приведено для случая равенства токов двигателей на последней позиции последовательного и первой позиции параллельного их соединения.
Рис. 7.4. Кривые изменения потоков, токов и тяговых усилий двигателей при перегруппировке коротким замыканием
На последней позиции последовательного соединения (Jlttn = 2UM] (точка а). При этом / — ток в двигателях и F — сила тяги каждого двигателя. На переходной позиции nl UnttJ
2UM] — IR (точка б)> ток и сила тяги каждого двигателя соответственно /п) и Fn]. На позициях п2 и пЗ после завершения переходного процесса ток и сила тяги в первом двигателе — / и F (точка в). Снижение тока и силы тяги в процессе перехода зависит от насыщения ТЭД. При увеличении насыщения наклон криволинейной части кривых напряжений на двигателях уменьшается, а ток и сила тяги снижаются; уменьшение насыщения приводит к обратным результатам.
Появление на второй переходной позиции тормозного тока объясняется тем, что поток в закороченном двигателе не упал до нуля, а вращение якоря вызвало появление ЭДС, под действием которой ток изменил направление. Все это привело к незначительному тормозному эффекту.
Переход способом короткого замыкания можно применять только для двигателей с последовательным возбуждением; при коротком замыкании двигателей смешанного возбуждения возникает недопустимой величины генераторный ток.
Описанный способ перехода применяли в схемах трамвайных вагонов с непосредственным управлением при небольших ускорениях вагонов.
Для иллюстрации принципа перехода шунтированием одной группы двигателей может быть использована схема цепей (рис. 7.3) с порядком замыкания контакторов, приведенным в табл. 7.3.
Таблица замыканий коммутационных аппаратов при перегруппировке шунтированием
Последняя ПОЗИЦИЯ (безреостатная) последовательного соединения
Первая переходная п1
Вторая переходная м2
Третья переходная пЗ
Четвертая переходная п4
Первая (реостатная) позиция параллельного соединения
На первой переходной позиции п1 выключением контактора КМ1 подготавливается для последующего включения резистор R. При этом ток и сила тяги двигателей не изменяются. На второй переходной позиции п2 включается контактор КМ7, в результате чего тяговый двигатель Ml шунтируется резистором R. Па третьей переходной позиции пЗ выключаются контакторы КМЗ и КМ5, при этом шунтированный Ml отключается. На четвертой переходной позиции п4 включается контактор КМ6, присоединяющий Ml к источнику питания через резистор R.
На первой позиции параллельного соединения включается уравнительный контактор КМ4 и токи и двигателях выравниваются независимо or различия номинальных значений сопротивлений R. Переходные процессы в двигателях при их переключении протекают достаточно быстро, и поэтому без больших погрешностей можно допустить, что на каждой переходной позиции ток и сила тяги успевают достичь установившихся значений.
Зависимость напряжения на двигателях от тока нелинейная, поэтому диаграммы токов и силы тяги при переходе удобно строить графоаналитическим методом. Графическое построение для определения установившихся значений токов и тяговых усилий показано на рис. 7.5, а. Построение выполнено для случая равенства тока и силы тяги каждого двигателя на последней позиции последовательного соединения и первой позиции параллельною соединения. На последней (безреостатной) позиции последовательного соединения электродвигателей ток / = 1 определяется точкой а, в которой U„ = Um2. На второй переходной позиции величина протекающего в цепи двигателя М2 тока I = 12 определяется точкой б, где пересекаются кривые 2 и UM + IR. При этом ток в двигателе Ml определяется точкой в кривой С/м1. Соответствующие точкам бив тяговые усилия двигателей равны F2hF.
На третьей переходной позиции пЗ ток в М2 определяют по точке пересечения кривой Um2 с прямой U^ — IR (точка а). Ток в двигателе М1 при этом равен нулю.
Рис. 7.5. Кривые изменения потоков, токов и тяговых усилий двигателей при перегруппировке шунтированием
На четвертой переходной позиции п4 токи и силы тяги в каждом двигателе определяют по точке пересечения кривой Uu2 с прямой UM| IR (точка а). В случае неравенства величин сопротивлений пусковых резисторов R должны быть построены прямые Unm-IR и Unm— — IR2 и по точке пересечения их с кривой UM2 определены установившиеся токи в двигателях.
По полученным установившимся значениям токов и сил тяги на рис. 7.5 сплошными линиями построены диаграммы токов и силы тяги для обоих двигателей.
Благодаря влиянию индуктивностей обмоток токи и сила тяги изменяются но времени. Однако переходные процессы протекают достаточно быстро и обычно быстрее времени переключения аппаратов с одной позиции на другую. Поэтому ток и сила тяги на каждой переходной позиции успевают достигать установившихся значений.
Как видно из диаграммы, изображенной на рис. 7.5, б сплошными линиями, снижение силы тяги происходит только на позиции пЗ. На позиции п2 сила тяги получается даже несколько большей, чем в начале и в конце перегруппировки двигателей. Указанный в табл. 7.3 порядок переключения контакторов допустим только в случае, когда переход совершается при токе, значительно меньшем максимального тока двигателя, т. е. тогда, когда на позиции п2 ток /2 не превосходит максимальный ток, допустимый по условиям коммутации, и когда сила тяги не превосходит допустимую силу по условиям сцепления. Так же, как при переходе коротким замыканием, на максимальное значение тока влияет насыщение магнитной системы ТЭД. При малых насыщениях максимум тока /2 уменьшается.
В том случае, когда переключение двигателей может производиться при силе тяги, близкой к предельной по условиям сцепления, или при токе, близком к максимальному по условиям коммутации, переключение контакторов в цепях, показанных на схеме рис. 7.3, должно быть выполнено в соответствии с табл. 7.4.
Расчет установившихся значений токов при коммутации цепей двигателей выполняется, как и в предыдущих случаях, графоаналитическим методом и предлагается читателю для самостоятельной проработки.
Диаграммы токов и силы тяги для этого случая приведены на рис. 7.5 пунктирной линией.
В обоих случаях переходные процессы при перегруппировке двигателей протекают более плавно и с меньшим снижением силы тяги, чем при перегруппировке с коротким замыканием двигателя. Однако схема пусковых реостатов при переходе шунтированием обычно получается сложнее, требуется несколько больше контактов и секций реостатов, хотя количество переходных контакторов одинаково. Это объясняется тем, что при переходе пусковые реостаты должны состоять из двух примерно одинаковых групп. Поэтому, чтобы не усложнять схему пусковых реостатов, иногда для шунтирования двигателя устанавливают отдельные (шунтирующие) резисторы.
Таблица замыканий коммутационных аппаратов при перегруппировке шунтированием при максимальных токах
Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов — Регулирование скорости в электроприводах
Регулированием скорости электропривода называют принудительное изменение скорости исполнительного органа энергетического машинного устройства. Изменяется скорость при дополнительном воздействии на электродвигатель со стороны управляющего и преобразовательного устройств или при помощи специальных механических передач. В настоящее время чаще применяют электрическое регулирование. В этом случае упрощается кинематическая схема машинного агрегата, улучшаются технико-экономические показатели. Такой электропривод представляет собой более совершенную форму привода, способствующую автоматизации технологических процессов, повышению производительности машин, улучшению качества выпускаемой продукции.
Основными критериями, которыми руководствуются при выборе способа регулирования скорости, являются диапазон, плавность, экономичность регулирования и стабильность работы на заданной скорости.
Диапазон изменения скорости определяется отношением значений наибольшей и наименьшей скоростей при номинальной нагрузке двигателя.
Плавность регулирования характеризуется числом ступеней внутри диапазона регулирования: чем больше ступеней, тем больше плавность.
Экономичность регулирования оценивается по приведенным затратам, которые зависят в основном от потерь энергии и капитальных вложений.
Стабильность работы определяется жесткостью механических характеристик двигателя.
Регулируемые приводы применяют в кормоприготовительных агрегатах и на раздаче корма, в сенажной башне для равномерного разбрасывания травяной массы и вентиляционных установках животноводческих помещений, в металлорежущих станках и испытательных установках ремонтных предприятий. Область применения их с каждым годом расширяется.
РЕГУЛИРОВАНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА
В электроприводах с плавным, в большом диапазоне регулированием скорости обычно применяют двигатели постоянного тока.
Из уравнений (8.5) и (8.7) вытекает, что возможны три способа принудительного изменения скорости:
уменьшением магнитного потока; изменением напряжения на якоре, увеличением сопротивления якорной цепи.
Рис. 9.1. Электромеханические (а) и механические (б) характеристики двигателя с независимым возбуждением:
1 — при уменьшении тока возбуждения; 2 — при снижении напряжения на якоре.
Уменьшить ток возбуждения, а вместе с ним и магнитный поток электродвигателя с независимым возбуждением можно при помощи переменного резистора или регулируемого источника питания.
Так как ток обмотки возбуждения невелик (не более 5% от номинального), аппараты эти просты и недороги, а потери энергии в них малы.
Из рисунка 9.1 (в зоне 1 показаны механические и электромеханические характеристики электродвигателя при разных магнитных потоках, причем Ф2<Ф1<Фн) наглядно видно, что угловая скорость увеличивается с уменьшением магнитного потока. На холостом ходу скорость обратно пропорциональна величине магнитного потока.
Если есть момент сопротивления, скорость снижается, но если Мс не слишком велик, она остается большей, чем при номинальном магнитном потоке.
Для серийных электродвигателей допускается двукратное увеличение частоты вращения, для специальных — трехкратное. Большое увеличение скорости сопряжено с опасностью механических повреждений и сильным искрением щеток.
Если момент сопротивления постоянен, то с ослаблением магнитного потока ток в якоре возрастает. Двигатель надо выбирать с учетом этого обстоятельства или уменьшать момент нагрузки по мере увеличения частоты вращения, то есть осуществлять регулирование при постоянной мощности. Механические характеристики по мере ослабления магнитного потока становятся менее жесткими.
Искусственные механические и электромеханические характеристики электродвигателя при изменении напряжения на зажимах якоря, которые приведены в виде графиков на рисунке 9.1 (а, б) (зона II), параллельны естественной, следовательно, жесткость их не меняется. Это позволяет снижать частоту вращения в 5. 6 раз по сравнению с номинальной и иметь достаточно стабильный скоростной режим.
Рис. 9.2. Схема регулируемого электропривода постоянного тока системы регулируемый автотрансформатор — выпрямитель— двигатель:
Т — автотрансформатор; М — электродвигатель; VI. VS диоды.
Регулирование скорости можно осуществлять с постоянным моментом сопротивления, не завышая номинальную мощность электродвигателя. Пуск двигателя осуществляется на пониженном напряжении.
В качестве источника питания — регулятора напряжения применяют устройства, которые преобразуют переменный ток в постоянный и регулируют значение выпрямленного напряжения. Обмотка возбуждения подключается к отдельному нерегулируемому преобразователю.
Наиболее простой регулятор-преобразователь (рис. 9.2) состоит из регулируемого автотрансформатора Т и выпрямительного моста. Напряжение плавно регулируется автотрансформатором, затем выпрямляется диодами. Обмотка возбуждения электродвигателя в этом приводе получает питание от выпрямителя, подключенного к той же сети переменного тока.
Механические характеристики электродвигателя при такой схеме включения менее жесткие, чем естественная, из-за дополнительных потерь напряжения в автотрансформаторе и диодах. Такая схема применяется в приводах мощностью до 1 . 2 кВт.
Электропривод системы генератор — двигатель имеет электромашинный агрегат, который преобразует переменный трехфазный ток в постоянный регулируемого напряжения при помощи асинхронного двигателя и генератора постоянного тока. Напряжение генератора изменяется за счет тока в обмотке возбуждения. Эта система, называемая сокращенно Г—Д, применима для любых мощностей. Недостатки — большая металлоемкость, наличие вращающихся машин, низкий к. п. д.
В последнее время широко применяют дроссельные и тиристорные преобразователи — регуляторы, устройство которых описывается в главе 13. С этими преобразователями выпускаются комплектные электроприводы.
Например, приводы ПМУ состоят из регулятора напряжения с магнитным усилителем и электродвигателя.
Наиболее перспективны тиристорные электроприводы. Комплектные тиристорные электроприводы серии ЭТО выпускаются на мощность от 0,1 до 1,7 в четырех модификациях. В комплект электропривода ЭТО1 (рис. 9.3) входят: электродвигатель постоянного тока М, тиристорный преобразователь ГП, сглаживающий дроссель L, регулятор скорости RC, промежуточный полупроводниковый усилитель У, система импульсно-фазового управления и блок питания цепей управления.
Тиристорный преобразователь собран на однофазной мостовой неуправляемой схеме с диодами VI . V4 и тиристором V6, система управления тиристором содержит импульсный трансформатор Т2 и фазосдвигающее устройство, состоящее из генератора пилообразного напряжения ГПН и формирователь импульсов ФИ. Привод представляет собой замкнутую систему автоматического управления с обратной отрицательной связью по противо-э.д.с. и положительной по току двигателя, снятой с тахомоста (R2, R3), обеспечивающую регулирование угловой скорости в диапазоне 1 : 20 с перепадом скорости не более 10%.
Стабильность скорости обеспечивается тем, что на вход усилителя У подается напряжение, равное разности двух: тахомоста Uм и регулятора задатчика скорости U3. За счет этого уменьшение э. д. с. и увеличение тока автоматически приводят к тому, что усиленный сигнал на выходе усилителя обеспечивает более раннее открытие тиристора и стабилизацию напряжения.
Пуск электродвигателя форсированный, с ограничением форсировки стабилитроном V7 и углом упреждающего токоограничения V8, R5, поддерживающих пусковой ток в пределах (1,5. 2). Динамические характеристики обеспечиваются также корректирующей цепочкой R1, С1. Тиристор защищен от перенапряжений на сторонах постоянного и переменного тока цепочками RC.
Рис. 9.3. Электрическая принципиальная схема комплектного однофазного тиристорного электропривода постоянного тока.
Изготовляются более мощные комплектные тиристорные электроприводы, например ПТЗ, с питанием от трехфазной цепи мощностью до 8 кВт, в которых стабилизация скорости обеспечивается за счет отрицательной обратной связи по скорости, получаемой при помощи тахогенератора.
Регулирование частоты вращения электродвигателей введением резисторов в цепь якоря (реостатное регулирование) применяют только для двигателей малой мощности. При включении резистора скорость уменьшается.
Диапазон регулирования не постоянен, зависит от нагрузки и не превышает 1 : 3. Искусственные характеристики имеют малую жесткость. Регулирование связано с большими дополнительными потерями энергии, которая в виде тепла выделяется в регулировочном реостате. Резисторы из за этого получаются громоздкими. Особенно велики потери при регулировании с постоянным моментом.
Реостатное регулирование применяют как основной способ в электроприводах с двигателями последовательного возбуждения небольшой мощности и универсальными.
Потери энергии в роторной цепи велики, они пропорциональны моменту и скольжению.
ВЫБОР РЕЗИСТОРОВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
Для пуска и регулирования частоты вращения двигателей, асинхронных с фазным ротором и постоянного тока, необходимы резисторы или регуляторы напряжения.
Ручной пуск осуществляют при помощи стандартных переменных резисторов (пусковых реостатов).
Пусковые реостаты серии РП предназначены для ручного пуска двигателей постоянного тока мощностью до 4 кВт, реостаты РЗП для двигателей от 4 до 42 кВт.
Серия РП имеет один типоразмер, серия РЗП — 5 типоразмеров.
При одинаковом размере пусковые реостаты различаются номинальными токами элементов и числом ступеней. Реостат РЗП-2, например, имеет номинальный ток до 40 А, число ступеней 7. Они предназначены для двигателей мощностью до 7 кВт.
Для пуска двигателей с фазным ротором изготовляют пусковые реостаты с масляным охлаждением типов ПР-17,5 и ПР-29,5. Первый предназначен для двигателей мощностью до 17,5 кВт, второй— для двигателей мощностью до 29,5 кВт. Реостаты допускают от 5 до 3 пусков подряд, длительность одного пуска не должна быть более 10. 18 с.
Технические параметры пусковых реостатов приводятся в справочниках, и выбирать тот или иной тип реостата следует в соответствии с номинальными данными электродвигателя.
При автоматизированном пуске двигателей используют стандартные ящики резисторов, выпускаемых нашими заводами. Их применяют в качестве пусковых, пускорегулировочных, тормозных и регулировочных сопротивлений для двигателей постоянного и переменного тока. Ящики резисторов ЯС-1 состоят из 40 чугунных литых элементов, каждый из которых может иметь сопротивление от 0,28 до 0,038 Ом; длительно допускаемый ток от 20 до 55 А. Выпускаются ящики резисторов с фехралевыми и константановыми элементами, рассчитанные на меньшие токи и большие сопротивления.
Для того чтобы выбрать тот или иной ящик резисторов, надо рассчитать число ступеней и значения их омических сопротивлений. Эти расчеты для двигателей независимого возбуждения и двигателей с фазным ротором одинаковы.
Для расчета пусковых резисторов могут быть заданы два условия.
- Известно число ступеней пускового сопротивления т.
- Неизвестно число ступеней сопротивления.
При автоматизированном управлении приходится особенно считаться с числом ступеней, так как каждая ступень требует установки дополнительных реле и контакторов. Для приводов средней мощности число ступеней принимают обычно 2. 4.
При графическом методе расчета чертят семейство механических характеристик электродвигателя таким образом, чтобы обеспечить рациональный пуск, для этого:
чертят естественную характеристику двигателя 1 (рис. 9.6) в относительных единицах;
задаются значениями максимального момента М1, момента переключения при пуске М2 и проводят вертикальные пунктирные линии;
наносят искусственные характеристики 2 и 3.
Прямая 2 проходит через точки идеального холостого хода О и начального пускового момента А. Прямую 3 проводят из точки О в точку В, находящуюся на линии момента М1 в месте пересечения прямой 2 с вертикальной линией момента М2. Данная пусковая диаграмма соответствует рациональному ступенчатому пуску.
При включении двигателя с двумя резисторами (точка А) он начинает разгоняться. Когда момент снизится до величины М2, резистор R2 шунтируется и двигатель переходит на новую характеристику 3 в точку В. Момент двигателя снова возрастает до значения M1. Последующий разгон и переход на новую характеристику осуществляется аналогично.