Теория электропривода

          

Реостатное регулирование момента


Значения момента М и скорости w при данной нагрузке Мс на каждом этапе работы электропривода определяются его механической характеристикой. Изменяя параметры и воздействия, от которых зависит механическая характеристика, можно изменять в требуемом направлении момент, развиваемый двигателем при данной скорости, и таким образом регулировать момент электропривода, а также связанные с ним ток силовой цепи и ускорение движущихся масс системы.

Анализируя уравнение статической механической характеристики обобщенного двигателя с линейной механической характеристикой

М=b(w0-w),                                                                   (7.1)

можно заключить, что при данных параметрах отклонения момента от требуемого значения тем больше, чем выше модуль жесткости b. Иными словами, при регулировании момента электромеханическая связь является сильным возмущением, и с точки зрения регулирования момента наиболее эффективны изменения параметров, позволяющих неограниченно уменьшать модуль статической жесткости b. Таким параметром является сопротивление якорной (роторной) цепи двигателя.

Схемы реостатного регулирования момента и тока представлены на рис.7.1,а и б. На рис.7.1,е построены естественная характеристика М=f(w) (прямая 1) и реостатная характеристика 2, соответствующая определенному добавочному резистору в силовой цепи. Точность регулирования момента при характеристике 2 определяется при заданных пределах изменения скорости электропривода Dwmax=wmax-wmin соотношением

Реостатное регулирование момента

Следовательно, при этих условиях относительная точность регулирования момента остается при увеличении Rдоб неизменной, а абсолютные ошибки уменьшаются.

Практически требуется при широких пределах изменения скорости (пуск, реверс) поддерживать изменения момента и тока в заданных пределах от Мmаx=М1 до Мmin=М2 (Imax=I1, Imin=I2).

Для выполнения этого условия требуется ступенчатое или плавное изменение /?доб по мере изменения скорости.

Реостатное регулирование момента
Необходимый закон изменения сопротивления RS=Rдв+Rдоб, обеспечивающий постоянство момента и тока при широких пределах изменения скорости, определяем с помощью (7.1), учитывая, что


Реостатное регулирование момента


где RSе - суммарное сопротивление силовой цепи на естественной характеристике; RSи- то же при введении Rдоб, при этом

Реостатное регулирование момента


откуда при М=М,=const

Реостатное регулирование момента


Реостатное регулирование момента
Следовательно, для поддержания момента постоянным необходимо увеличивать сопротивление силовой цепи в линейной зависимости от скорости по мере ее снижения. Характеристика RSи=f(w) при М=М1=const (прямая 1), естественная механическая характеристика (прямая 2) и характеристика М1=const (прямая 5) построены для двигателя с линейной механической характеристикой на рис.7.2,а. Там же показаны аналогичные характеристики при М=М2=const (соответственно 4 и 5).

Аналогичные характеристики справедливы и для двигателя с последовательным возбуждением для токов якоря I1=const и I2=const (рис.7.2,б).

Графики на рис.7.2 позволяют наглядно оценивать число ступеней регулировочного резистора Rдоб, необходимое для поддержания момента и тока в заданных пределах во время пуска электропривода. Неизменное сопротивление RSи=R1=const обеспечивает поддержание момента в пределах М2<М<М1 при изменениях скорости от 0 до w1 (прямые 7 и 8). При дальнейшем увеличении скорости w>w1 выводится первая ступень резистора R1 и суммарное сопротивление уменьшается до RSи=R2 (прямые 9 и 6) и т. д.

Зависимости RSи=f(w) при М=const (I=const) используются для расчета пусковых сопротивлений, особенно для двигателей с последовательным возбуждением. Значения ступеней сопротивления определяются, как показано на рис.7.2. Одинаковость бросков тока при переключениях Iя=I1 при этом обеспечивается подбором значения I2(М2). Диапазон реостатного регулирования момента и тока ограничен сверху перегрузочной способностью двигателя, а пределы изменения скорости, в которых можно получить заданную точность регулирования, уменьшаются с ростом р, т. е. по мере уменьшения Rдоб. Плавность реостатного регулирования момента и тока в разомкнутой системе невелика. В связи с необходимостью переключений в силовой цепи двигателя получение большего числа ступеней реостата связано с увеличением габаритов коммутирующего устройства.


Однако имеются примеры, когда при высокой требуемой точности регулирования момента в переходных процессах пуска и торможения предусматривают значительное число ступеней реостата и соответствующее увеличение размеров и стоимости станций управления. При этом увеличение габаритов и стоимости станций управления окупается простотой и надежностью данного способа регулирования момента. Высокую плавность реостатного регулирования момента обеспечивают способы автоматического регулирования сопротивления Rдоб в целях поддержания момента. В качестве примера на рис.7.3 представлена функциональная схема релейного автоматического регулирования тока ротора и момента асинхронного двигателя.

Реостатное регулирование момента
В этой схеме в цепь ротора введен выпрямитель В, добавочный резистор Rдоб включен в цепь выпрямленного тока с последовательно включенным сглаживающим реактором Р. Коммутация добавочного резистора производится с помощью вентильного ключа ТК, закрытое и открытое состояния которого определяются выходным напряжением релейного элемента РЭ. На вход релейного элемента подается сигнал, пропорциональный разности задающего напряжения uзт и напряжения обратной связи по току uот

Характеристика релейного элемента приведена на рис.7.3,б: переход от открытого состояния ключа к закрытому осуществляется при сигнале на входе uвх=U3, обратное переключение - при uвх=U0. Как показано на рисунке, эти переключения соответствуют значениям тока

Реостатное регулирование момента


Для анализа электромагнитных переходных процессов, протекающих в схеме, можно воспользоваться схемой замещения, приведенной к цепи выпрямленного тока ротора рис.7.4). Здесь в цепь выпрямленного тока введено сопротивление R'x, учитывающее снижение среднего выпрямленного напряжения, обусловленное коммутацией токов фаз:

Реостатное регулирование момента


а также приведенные к цепи выпрямленного тока активные сопротивления двух фаз статора 2R'1s, ротора 2R2, сглаживающего реактора Rcp, а также его индуктивность Lcp. Сопротивление Rдоб в соответствии со схемой на рис.7.3 шунтировано тиристорным ключом ТК.

Реостатное регулирование момента


Если пренебречь временем переключения ключа, процессы изменения выпрямленного тока при переключениях сопротивления Rдоб описываются для открытого состояния ключа уравнением



Реостатное регулирование момента


а при закрытом ключе

Реостатное регулирование момента


Реостатное регулирование момента
где Lcp- индуктивносгь реактора;

эквивалентное сопротивление.

При принятом допущении начальный ток при закрытом состоянии ключа равен Iнач з, а при открытом Iнач о. Изменения тока определяются решениями (7.6) и (7.7):

Реостатное регулирование момента


Реостатное регулирование момента


где t1 - время, когда ido=Iначз;

Реостатное регулирование момента


Зависимость выпрямленного тока от времени, определяемая (7.8-7.11), для конкретного значения s и w представлена на рис.7.5,я. На участке 0<t<t1 ключ ТК открыт, и ток изменяется от начального значения, стремясь к установившемуся Ido, но через время t1 достигается значение id=Iначз, и ключ ТК закрывается. Период коммутации Тк можно определить, подставив в (7.8) значения id=Iконо=Iначз и t=t1, а в (7.9)- id=Iконз=Iначо и t=TK-t1.

Реостатное регулирование момента

Реостатное регулирование момента


Решив полученные уравнения, и с их помощью получим

Из (7.12) следует, что частота коммутации тока fк=1/Тк является величиной переменной. При увеличении скорости и уменьшении скольжения s ток Idо уменьшается до значения Iнач 3, частота коммутации становится равной нулю, ключ ТК остается в открытом состоянии, и двигатель работает на естественной характеристике 1 (рис.7.5,б). При уменьшении скорости и возрастании s ток Id3 увеличивается до значения Iнач 0, возрастает до бесконечности время закрытого состояния ключа Tк-t1 и двигатель работает на реостатной характеристике 2.

При промежуточных значениях скорости и скольжения частота коммутаций велика, колебания тока при высоком коэффициенте возврата релейного элемента незначительны. Пренебрегая пульсациями тока, можно принять Id=Id.ср и определить выпрямленное напряжение:

Реостатное регулирование момента


потери в роторной цепи двигателя

Реостатное регулирование момента


а затем из условия
Реостатное регулирование момента


получить приближенную формулу для электромагнитного момента

Реостатное регулирование момента


При Uзт=Uзт1=const Idcp=Id cp1=const и М=М1=const (прямая 3 на рис.7.5,б). Задавая другие значения Uзт=const, можно получить ряд неизменных значений момента в пределах изменения скорости от характеристики 1 до характеристики 2 (Uзт2, Uзт3 соответствуют моменты М2, М3 и характеристики 4, 5).

Чем выше чувствительность релейного элемента, тем выше точность регулирования тока.Однако при этом возрастает максимальная частота fк=1/Tк. Известно, что возможная частота коммутации тиристорного (транзисторного) ключа ограничена, чем ограничивается и реальная точность релейного регулирования момента и тока двигателя.



Содержание раздела