- •Введение в электромеханику
- •Оглавление
- •Предисловие
- •Введение
- •В.1. Краткая история развития электромеханики
- •В.2. Понятие “электромеханика”. Структура электромеханических систем
- •В.3. Задачи и структура учебного плана подготовки бакалавров по направлению 140600 – Электротехника, электромеханика и электротехнологии
- •Контрольные вопросы
- •Глава 1. Основные понятия и законы электротехники
- •1.1. Электрические цепи постоянного и переменного тока
- •1.2. Магнитные цепи
- •1.3. Электромагнитная аналогия
- •Контрольные вопросы
- •Глава 2. Устройство, принцип действия и характеристики электрических двигателей
- •2.1. Классификация электродвигателей
- •2.2. Двигатель постоянного тока
- •2.3. Асинхронный двигатель переменного тока
- •2.4. Синхронный двигатель
- •2.5. Обратимость электрических машин углового движения
- •Контрольные вопросы
- •Глава 3. Силовые преобразователи электрической энергии
- •3.1. Преобразователи переменного тока в постоянный
- •3.2. Преобразователи переменного тока
- •3.2.1. Преобразователи частоты с непосредственной связью
- •3.2.2. Преобразователи частоты со звеном постоянного тока
- •Контрольные вопросы
- •Глава 4. Преобразователи движения
- •4.1. Назначение и классификация преобразователей движения
- •4.2. Зубчатые передачи
- •4.3. Червячная передача
- •4.4. Передачи с гибкой связью
- •4.4.1 Ременные передачи
- •4.4.2 Цепная передача
- •4.4.3. Тросовая передача
- •4.5. Передача винт-гайка
- •Контрольные вопросы
- •Глава 5. Введение в теорию электропривода
- •5.1. Механика электропривода
- •5.1.1. Кинематическая и расчетная схема механической части электропривода
- •5.1.2. Уравнение движения электропривода
- •5.1.3. Типовые статические нагрузки электропривода
- •5.2. Регулирование координат электропривода
- •5.2.1. Регулирование скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения
- •5.2.2. Регулирование скорости асинхронных двигателей
- •5.2.3. Регулирование тока и момента при пуске электродвигателей
- •5.3. Энергетика электропривода
- •5.3.1. Баланс мощностей и энергетические характеристики электропривода
- •5.3.2. Типовые режимы работы электропривода
- •5.3.3. Выбор мощности электродвигателей
- •Контрольные вопросы
- •Глава 6. Управление электромеханическими модулями и системами
- •6.1. Иерархия систем управления
- •6.2. Системы управления исполнительного уровня
- •6.3. Интеллектуальные системы управления на основе нейронных сетей
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Введение в электромеханику
- •455000, Г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38
5.2.1. Регулирование скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения
В соответствии с полученными во 2-ой главе (с. 28) выражениями для электромеханической
(5.23)
и механической
(5.24)
характеристик двигателя постоянного тока для управления работой двигателя возможно воздействовать на такие параметры как напряжение на якоре Uя, магнитный поток Ф и сопротивление его якорной цепи Rя.
На рис. 5.5 приведены искусственные характеристики двигателя постоянного тока. Рис. 5.5, а иллюстрирует семейство так называемых реостатных характеристик, получаемых при введении в цепь якоря добавочных сопротивлений Rд различной величины. В соответствии с принципиальной схемой в процессе регулирования изменяется суммарное сопротивление якорной цепи
. (5.25)
При этом согласно выражению (5.24) скорость идеального холостого хода (без нагрузки, Мс = 0 ) не зависит от величины введенного добавочного сопротивления
. (5.26)
Однако, как это следует из выражения (5.24), одновременно с этим наклон – жесткость механической характеристики с учетом, что
(5.27)
тем больше, чем больше величина добавочного сопротивления Rд.
Этот способ находит применение при невысоких требованиях к показателям качества регулирования скорости:
- диапазон регулирования не превышает 3:1;
- плавность регулирования определяется характером изменения Rд – количеством ступеней реостата и, как правило, обеспечивает лишь ступенчатое регулирование скорости;
- стабильность скорости снижается по мере увеличения диапазона регулирования, поскольку с увеличением величины Rд уменьшается жесткость (увеличивается наклон) регулировочных характеристик;
- низкая экономичность регулирования скорости (большие тепловые потери электроэнергии в добавочном сопротивлении), составляющая при диапазоне регулирования 2:1 не более 50 % и снижающаяся с увеличением диапазона регулирования.
На рис. 5.5, б приведены искусственные характеристики двигателя при изменении магнитного потока. Регулирование скорости изменением потока осуществляется только в сторону его уменьшения – ослабления магнитного поля двигателя. Уменьшение потока согласно уравнению механической характеристики (5.24) вызывает как увеличение скорости идеального холостого хода (5.26),
Рис. 5.5. Схемы включения и характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения при реостатном регулировании скорости (а), изменении магнитного потока (б),
изменении напряжения на якоре (в)
так и жесткости механической характеристики (5.22), (5.27), а, соответственно, и уменьшения момента короткого замыкания
. (5.28)
Показатели качества такого способа регулирования скорости следующие: диапазон регулирования до 3:1 в сторону увеличения скорости относительно естественной характеристики; плавность регулирования определяется плавностью регулирования тока возбуждения; стабильность регулирования снижается при уменьшении магнитного потока; экономичность высокая, поскольку ток возбуждения относительно тока якоря невелик и регулирование не сопровождается значительными потерями мощности, а его реализация не требует существенных капитальных затрат.
Изменение напряжения, подводимого к якорю двигателя, при номинальном потоке (см. рис. 5.5, в) является в регулируемом электроприводе постоянного тока основным способом регулирования скорости. Изменения напряжения осуществляют в сторону его снижения по сравнению с номинальным значением. Как следует из (5.24), при изменении Uя пропорционально изменяется скорость идеального холостого хода ω0, а жесткость механических характеристик при любом уровне напряжения одинакова. Поэтому механические характеристики при Uя = var имеют вид параллельных прямых.
Реализация этого способа предусматривает питание якоря двигателя от силового электронного преобразователя (принцип действия и варианты схем которого рассмотрены в гл. 3).
При таком способе регулирования скорости диапазон регулирования определяется жесткостью естественной механической характеристики и может достигать 15:1 в сторону уменьшения скорости относительно естественной характеристики. Этот способ обладает самыми высокими показателями по плавности и стабильности регулирования. Важным достоинством является высокая экономическая эффективность регулирования (потери энергии в тиристорах не превышают 1…2 % номинальной мощности электропривода).
Следует также отметить, что в современном автоматизированном электроприводе при необходимости расширения диапазона регулирования скорости используют два канала воздействия на электродвигатель: при регулировании скорости в сторону вниз от естественной характеристики – изменением подводимого к якорю напряжения; при регулировании скорости вверх от естественной характеристики – изменением напряжения обмотки возбуждения (изменением магнитного потока машины). При этом для реализации такого способа регулирования необходимо два тиристорных преобразователя (см. рис. 5.6), а диапазон регулирования скорости может достигать до 50:1.