билеты привод

Если для настройки на оптимум по модулю использовать ПИрегулятор тока, выбрав

(8.14)

k р т = T я R с / ( 2T д т k п р k д т ) , τ р т = T я ,

можно записать W i ( p ) = W i о п т ( p ) A ( p ) . Здесь

(8.15)

передаточная функция разомкнутого токового контура, настроенного на оптимум по модулю при пренебрежении влиянием обратной связи по э.д.с. двигателя.

Чаще всего такое пренебрежение возможно, так как влияние э.д.с. можно рассматривать как возмущение для контура регулирования тока. Причем скорость изменения э.д.с. определяется электромеханической постоянной двигателя, а быстродействие контура регулирования скорости, как следует из выражения (8.15), определяется постоянной времени датчика тока, которая меньше постоянной якорной цепи и, следовательно, много меньше электромеханической постоянной. Таким образом, указанное возмущение по э.д.с. может быть отработано контуром регулирования тока без динамической ошибки, и его влиянием на динамические свойства привода можно пренебречь, приняв A ( p ) = 1 и считая, что ток якоря определяется напряжением задания тока u з т , поступающим с выхода регулятора скорости.

Для пояснения настройки регулятора скорости представим передаточную функцию неизменной части контура скорости в виде

где передаточную функцию замкнутого контура регулирования тока получим из выражения (8.15) в соответствии с соотношением

В соответствии с изложенным в п. 7.3 принципом понижения порядка контура можно записать

где T i э = 2T д т – эквивалентная постоянная контура тока.

Поскольку в данном случае объект контура скорости является интегрирующим звеном с передаточной функцией,

то для настройки на оптимум по модулю следует применять пропорциональный регулятор с передаточным коэффициентом

(8.16)

где T μ ω = T д с + T i э – суммарная малая постоянная времени контура скорости.

При таком значении передаточного коэффициента регулятора в соответствии с рис. 8.6 статическая ошибка системы по возмущению m с определяется соотношением

ω = − m с × 2T μ ω R с / ( T м ( K Φ ) 2) .

Поскольку величина R с / ( K Φ ) 2 характеризует ошибку разомкнутой системы, т.е. падение скорости двигателя на естественной характеристике, то ясно, что в замкнутой системе ошибка будет тем меньше, чем меньше T μ ω по сравнению с T м . Если эта ошибка велика, контур можно настроить на симметричный оптимум, применив ПИ-

регулятор скорости с τ р с = 4T μ ω и значением k р с , определенным согласно (8.16).

22.Тормозные режимы работы электроприводов переменного тока(только асинхронник)

Асинхронный двигатель может работать в следующих тормозных режимах: в режиме рекуперативного торможения, противовключения и динамическом.

Рекуперативное торможение асинхронного двигателя

Режим рекуперативного торможения осуществляется в том случае, когда скорость ротора асинхронного двигателя превышает синхронную.

Режим рекуперативного торможения практически применяется для двигателей с переключением полюсов и в приводах грузоподъемных машин (подъемники, экскаваторы и т.п.).

При переходе в генераторный режим вследствие изменения знака момента меняет знак активная составляющая тока ротора. В этом случае асинхронный двигатель отдает активную мощность (энергию) в сеть и потребляет из сети реактивную мощность (энергию), необходимую для возбуждения. Такой режим возникает, например, при торможении (переходе) двухскоростного двигателя с высокой на низкую скорость, как показано на рис. 1 а.

Рис. 1. Торможение асинхронного двигателя в основной схеме включения: а) с рекуперацией энергии в сеть; б) противовключением

Предположим, что в исходном положении двигатель работал на характеристике 1 и в точке а, вращаясь со скоростью ωуст1. При увеличении числа пар полюсов двигатель переходит на характеристику 2, участок бс которой соответствует торможению с рекуперацией энергии в сеть.

Этот же вид торможения может быть реализован в системе преобразователь частоты – двигатель при останове асинхронного двигателя или при переходе с характеристики на характеристику. Для этого осуществляется уменьшение частоты выходного напряжения, а тем самым синхронной скорости ωо = 2πf / p.

В силу механической инерции текущая скорость двигателя ω будет изменяться медленнее чем синхронная скорость ωо, и будет постоянно превышать скорость магнитного поля. За счет этого и возникает режим торможения с отдачей энергии в сеть.

Рекуперативное торможение также может быть реализовано в электроприводе грузоподъемных машин при спуске грузов. Для этого двигатель включается в направлении спуска груза (характеристика 2 рис. 1 б).

После окончания торможения он будет работать в точке со скоростью –ωуст2. При этом осуществляется процесс спуска груза с отдачей энергии в сеть.

Рекуперативное торможение является наиболее экономичным видом торможения.

Торможение асинхронного электродвигателя противовключением

Перевод асинхронного двигателя в режим торможения противовключением может быть выполнен двумя путями. Один из них связан с изменением чередования двух фаз питающего электродвигатель напряжения.

Допустим, что двигатель работает на характеристике 1 (рис. 1 б) при чередовании фаз напряжения АВС. Тогда при переключении двух фаз (например, В и С) он переходит на характеристику 2, участок аб которой соответствует торможению противовключением.

Обратим внимание на то обстоятельство, что при противовключении скольжение асинхронного двигателя изменяется от S = 2 до S = 1.

Ротор при этом вращается против направления движения поля и постоянно замедляется. Когда скорость спадает до нуля, двигатель должен быть отключен от сети, иначе он может перейти в двигательный режим, причем ротор его будет вращаться в направлении, обратном предыдущему.

При торможении противовключением токи в обмотке двигателя могут в 7–8 раз превышать соответствующие номинальные токи. Заметно уменьшается коэффициент мощности двигателя. О КПД в данном случае говорить не приходится, т.к. и преобразуемая в электрическую механическая энергия и энергия, потребляемая из сети, рассеиваются в активном сопротивлении ротора, и полезно используемой энергии в данном случае нет.

Короткозамкнутые двигатели кратковременно перегружаются по току. Правда, у них при (S > 1) вследствие явления вытеснения тока заметно возрастает активное сопротивление ротора. Это приводит к уменьшению и увеличению момента.

С целью увеличения эффективности торможения двигателей с фазным ротором в цепи их роторов вводят добавочные сопротивления, что позволяет ограничить токи в обмотках и увеличить момент.

Другой путь торможения противовключением может быть использован при активном характере момента нагрузки, который создается, например, на валу двигателя грузоподъемного механизма.

Допустим, что требуется осуществить спуск груза, обеспечивая его торможение с помощью асинхронного двигателя. Для этого двигатель путем включения в цепь ротора добавочного резистора (сопротивления) переводится на искусственную характеристику (прямая 3 на рис. 1).

Вследствие превышения моментом нагрузки Мс пускового момента Мп двигателя и его активного характера груз может опускаться с установившейся скоростью –ωуст2. В этом режиме торможение скольжения асинхронного двигателя может изменяться от S = 1 до S = 2.

Динамическое торможение асинхронного двигателя

Для динамического торможения обмотки статора двигатель отключают от сети переменного тока и подключают к источнику постоянного тока, как это показано на рис. 2. Обмотка ротора при этом может быть закорочена, или в ее цепь включаются добавочные резисторы с сопротивлением

R2д.

Рис. 2. Схема динамического торможения асинхронного двигателя (а) и схема включения обмоток статора (б)

Постоянный ток Iп, значение которого может регулироваться резистором 2, протекает по обмоткам статора и создает относительно статора неподвижное магнитное поле. При вращении ротора в нем наводится ЭДС, частота которой пропорциональна скорости. Эта ЭДС, в свою очередь, вызывает появление тока в замкнутом контуре обмотки ротора, который создает магнитный поток, также неподвижный относительно статора.

Взаимодействие тока ротора с результирующим магнитным полем асинхронного двигателя создает тормозной момент, за счет которого достигается эффект торможения. Двигатель в этом случае работает в режиме генератора независимо от сети переменного тока, преобразовывая кинетическую энергию движущихся частей электропривода и рабочей машины в электрическую, которая рассеивается в виде тепла в цепи ротора.

На рисунке 2 б показана наиболее распространенная схема включения обмоток статора при динамическом торможении. Система возбуждения двигателя в этом режиме является несимметричной.

Для проведения анализа работы асинхронного двигателя в режиме динамического торможения несимметричную систему возбуждения заменяют симметричной. С этой целью принимается допущение, что статор питается не постоянным током Iп, а некоторым эквивалентным трехфазным переменным током, создающим такую же МДС (магнитодвижущую силу), что и постоянный ток.

Электромеханическая и механические характеристики представлены на рис. 3.

Рис. 3. Электромеханическая и механические характеристики асинхронного двигателя

Характеристика расположена на рисунке в первом квадранте I, где s = ω / ωo – скольжение асинхронного двигателя в режиме динамического торможения. Механические характеристики двигателя расположены во втором квадранте II.

Различные искусственные характеристики асинхронного двигателя в режиме динамического торможения можно получить, изменяя сопротивление R2д добавочных резисторов 3 (рис. 2) в цепи ротора или постоянный ток Iп, подаваемый в обмотки статора.

Варьируя значения R2д и Iп, можно получить желаемый вид механических характеристик асинхронного двигателя в режиме динамического торможения и, тем самым, соответствующую интенсивность торможения асинхронного электропривода.

23.Перегрузочная способность электроприводов в промышленных системах

Допустимые кратковременные перегрузки сверх номинальных, которые определяются перегрузочной способностью двигателя

M доп / М н ;

i Iдоп / Iн ,

где доп, доп – максимально-допустимый момент и ток двигателя при кратковременной перегрузке.

Для двигателей постоянного тока перегрузочная способность ограничивается коммутационной устойчивостью (допустимым искрением на коллекторе) и составляет для двигателей серии П, МП 2,5 ,

для двигателей серии Д 3,5 .

Для двигателей переменного тока допустимы большие перегрузки по току силовых цепей, а по моменту перегрузочная способность определяется величиной наибольшего момента, который двигатель может развить при номинальном напряжении сети и номинальной частоте.

Для асинхронных двигателей максимальное значение момента двигателя в двигательном режиме определяет его перегрузочную способность. При этом нужно иметь в виду, что М к пропорционален квадрату приложенного напряжения U1 , вследствие чего асинхронный двигатель весьма чувствителен к колебаниям напряжения сети. В каталожных данных для асинхронных двигателей указывается перегрузочная

способность двигателя при номинальном напряжении M к . При определении момента допустимой

М н

перегрузки следует учитывать возможное снижение напряжения сети на 10%

			U1	2
	M доп				M н	0,81 М н .
		U1н

В таблице 5.1 для некоторых серийно выпускаемых двигателей приводятся значения перегрузочной способности и кратности пускового момента по отношению к номинальному КП М П / М н .

Таблица 5.1.

		Коэффициенты КП и
	Серия или модификация		КП
	исполнения двигателя
1	Двигатели с к/з ротором
	единой серии 4А:
	с повышенным скольжением	1,8-2,4	1,7-2,2
	с ротором нормального	1,7-2,2	1-1,9
	исполнения
	с повышенным пусковым
	моментом	2,2	1,7-1,8
2	Двигатели с к з. ротором
	краново – металлургической	2,6 – 3,6	2,5-3,3
	серии 4МТК
3	Двигатели с фазным ротором	1,7-2,0	-
	модификация 4А

4	Двигатели с фазным ротором
	краново – металлургической	2,3-3,0	-
	серии 4МТ

24.Особенности реализации электроприводов общепромышленных механизмов в металлургической отрасли

25.Потери и расходы энергии в переходных процессах приводов постоянного тока

Впроцессе эксплуатации двигателя значительные потери энергии наблюдаются в

переходных режимах и в первую очередь при его пуске.

Потери энергии в переходных режимах могут быть заметно снижены за счет применения двигателей с меньшими значениями моментов инерции ротора, что достигается уменьшением диаметра ротора при одновременном увеличении его длины, так как мощность двигателя при этом должна оставаться неизменной. Например, так сделано в двигателях краново-металлургических серий, предназначенных для работы в повторнократковременном режиме с большим числом включений в час.

Эффективным средством снижения потерь при пуске двигателей является пуск при постепенном повышении напряжения, подводимого к обмотке статора.

Такой энергосберегающий способ пуска двигателя возможен только при работе двигателя в системе с регулируемым преобразователем: для асинхронных двигателей это устройства плавного пуска или преобразователи частоты, а для двигателей постоянного тока это электронные (тиристорные) устройства управления.

Энергия, расходуемая при торможении двигателя, равна кинетической энергии, запасенной в движущихся частях электропривода при его пуске. Энергосберегающий эффект при торможении зависит от способа торможения. Наибольший энергосберегающий эффект происходит при генераторном рекуперативном торможении с отдачей энергии в сеть. При динамическом торможении двигатель отключается от сети, запасенная энергия рассеивается в двигателе и расхода энергии из сети не происходит. Наибольшие потери энергии наблюдаются при торможении противовключением, когда расход электроэнергии равен трехкратному значению энергии, рассеиваемой в двигателе при динамическом торможении.

При установившемся режиме работы двигателя с номинальной нагрузкой потери энергии определяются номинальным значением КПД. Но если электропривод работает с переменной нагрузкой, то в периоды спада нагрузки КПД двигателя понижается, что ведет к росту потерь. Эффективным средством энергосбережения в этом случае является снижение напряжения, подводимого к двигателю в периоды его работы с недогрузкой.

Рассмотрим принципы построения ЭП, в котором минимизируется потребляемый АД ток и тем самым потери электроэнергии в нем. Для этого обратимся к зависимостям тока статора I1 от напряжения U1 (рис. 2) при разных моментах нагрузки Мc. Как видно из графиков 1...4, для каждого момента имеется такое напряжение, при котором потребляемый АД ток из сети минимален. Штриховая линия, проведенная через точки минимумов тока для каждой нагрузки, определяет закон регулирования напряжения в функции тока, при реализации которого при любом Мc из сети потребляется минимальный ток.

Рисунок 2 – Вольтамперные характеристики и функциональная схема минимизирующая потребление электроэнергии

Схема ЭП с минимизацией потребляемого двигателем тока включает в себя двигатель 4, регулятор напряжения 3 с СИФУ 2, датчики тока 5 и напряжения 6, функциональный преобразователь 7, инерционное звено 8 и элемент сравнения 1.

Требуемый закон управления ЭП реализуется с помощью положительной обратной связи по току. Трехфазный датчик 5 вырабатывает пропорциональный току сигнал, поступающий на вход функционального преобразователя 7 который обеспечивает требуемую зависимость между напряжением на АД и моментом нагрузки на его валу (штриховая линия на рис. 2). C помощью инерционного звена 8 обеспечивается необходимое качество переходных процессов. Кроме минимизации потерь электроэнергии, простыми средствами в такой схеме осуществляется повышение КПД и коэффициента мощности асинхронного ЭП.

Этот способ энергосбережения возможно реализовать при работе двигателя в системе с регулируемым преобразователем при наличии в нем обратной связи по току нагрузки. Сигнал обратной связи по току корректирует сигнал управления преобразователем, вызывая уменьшение напряжения, подводимого к двигателю в периоды снижения нагрузки. Если же приводным является асинхронный двигатель, работающий при соединении обмоток статора «треугольником», то снижение подводимого к фазным обмоткам напряжения можно легко реализовать путем переключения этих обмоток на соединение «звездой», так как в этом случае фазное напряжение понижается в 1,73 раза. Этот метод целесообразен еще и потому, что при таком переключении повышается коэффициент

мощности,	что	также	способствует	энергосбережению.	Из	справочной
литературы	следует, что при переключении обмоток с «треугольника» на «звезду» при

снижении нагрузки до 50% относительно номинальной коэффициент мощности возрастает более чем на 20%. Примером практического применения этого способа энергосбережения может служить электропривод с асинхронным двигателем, работающий в условиях значительных колебаний нагрузки.

Схема, приведенная на (рис.3), позволяет с помощью двух реле тока КА1 и КА2, катушки которых включены последовательно в фазные обмотки статора через измерительные трансформаторы тока ТА1 и ТА2, автоматизировать переключение обмотки статора с «треугольника» на «звезду» при снижении нагрузки двигателя на 40—50% относительно номинальной и обратное переключение при восстановлении нагрузки.

При нажатии кнопки SВ1 «Пуск» включается силовой контактор КМ1, линейные контакты которого подключают двигатель к сети. Контактор КМ2 в начальный момент пуска остается невключенным и своими размыкающимися контактами соединяет обмотку

статора «звездой». Но как только начинается пуск двигателя, значительный пусковой ток статора вызывает срабатывание реле тока КА2. При этом контактор КМ2 своими замыкающими контактами переключает обмотку статора «треугольником». Реле тока КА1 срабатывает, и двигатель переходит в рабочий режим.

Рисунок 3 – Схема автоматического переключения обмотки статора асинхронного двигателя с «треугольника» на «звезду»

Если нагрузка двигателя снизится до значения Р2< 0,5Рном , то реле тока КА1 отпустит и своими контактами отключит контактор КМ2, что приведет к пересоединению обмотки статора с «треугольника» на «звезду». При этом двигатель будет продолжать работу при повышенном значении коэффициента мощности. Если же нагрузка двигателя вновь возрастет до значения Р2> 0,5Рном, то произойдет переключение обмотки статора со «звезды» на «треугольник»