книги / Электропривод, электрооборудование и основы управления

§ 7.5. Регулирование угловой скорости совмещением двигательного и тормозного режимов

Рассмотрим несколько схем регулирования угловой скорости ме­ ханизма путем совмещения двух режимов: двигательного и тор­ мозного.

Совмещение двигательного режима и динамического торможе­ ния (рис. 7.8, а). Схема состоит из двух асинхронных двига­ телей с фазным ротором, валы которых соединены жестко между собой и с механизмом. Двигатель M l работает на искусствен­

a)

Р и с . 7 .8 . С х е м а р е г у л и р о в а н и я с к о р о с т и со в м е щ е н и е м д в и ­ г а т е л ь н о г о р е ж и м а и д и н а м и ч е с к о г о т о р м о ж е н и я а с и н х р о н н ы х д в и г а т е л е й ( а ) и м е х а н и ч е с к и е х а р а к т е р и с т и к и (б )

ной характеристике и создает вращающий момент М{ (см. рис. 7.7, б) . Двигатель М2 работает в режиме динамического тормо­ жения, потому что две 'фазы статора питаются постоянным током. В зависимости от величины активного сопротивления регулировочного реостата Лрег в его роторной обмотке получаются различные механи­ ческие характеристики динамического торможения (рис. 7.8, б) . Так как моменты двух двигателей направлены в разные стороны, то результирующий момент Мрез = М ,—М2. Путем графического по­ строения получаем семейство результирующих характеристик. Для этого вычитаем абсциссы, соответствующие нескольким разным скоростям. Проведем механическую характеристику какого-либо механизма, например подъемного устройства крана, получим точки пересечения, соответствующие разным скоростям.

а)

Р и с . 7 .9 . С х е м а р е г у л и р о в а н и я ск о р о с т и со в м е щ е н и е м д в и г а т е л ь ­

121

за на грунт в подъемных кранах. Конечно, применение двух дви­ гателей для регулирования скорости усложняет и удорожает элек­ тропривод, поэтому такие схемы целесообразно применять там, где по условиям эксплуатации механизма желательно иметь два двигателя меньшей мощности, вместо одного — большей мощности. Например, в прокатных станах, подъемно-транспортных устройст­ вах, в специальных установках большой мощности по конструк­ тивным соображениям или с целью уменьшения момента инерции

то по ней потечет однополупериодный выпрямленный ток. Значит,

122

аналогичен принципу регулирования скорости двигателей постоян­ ного тока (см. § 5.5) В том и другом случаях происходит прерыви­ стое изменение параметров: частоты и напряжения, подаваемого на статор, а также сопротивления, включенного в цепь ротора или ста­ тора. На рис. 7.11, а изображена схема включения добавочного рези­ стора в цепь статора при импульсном ретулировании, а на рис. 7.11, б — схема включения резисторов в цепь ротора. В последней схеме с по­ мощью тиристорного ключа можно замыкать накоротко или размы­ кать добавочный резистор R noв. Если добиться плавного, бесступенча­ того ре1улирования работы ключа, то это будет равносильно измене­ нию сопротивления R noв (см. аналогичные характеристики, рис. 5.3). Если же с изменением нагрузки на двигатель одновременно изме­ нять управляющий сигнал, то можно получить характеристику любой жесткости.

Недостатки импульсного управления — появление высших гар­ моник тока и моментов ввиду использования вентилей и тиристо­ ров. Это приводит к ухудшению электрических показателей дви­ гателя: снижаются КПД, мощность, cos ф.

§ 7.7. Э ггг

Существуют механизмы, которые приводятся в движение двумя или несколькими одинаковыми электродвигателями, причем скорости их должны быть равны. Например, перемещение башенных кранов, створов разводных мостов, ворот шлюзов, конвейеров и других механизмов осуществляется двигателями, соединить которые общим валом не всегда возможно. Применяют так называемый «электри­ ческий вал», т. е. электрическую связь между роторами асинхронных или синхронных двигателей. Возможны несколько схем электриче­

одинаковые паспортные данные, тип, размеры, а следовательно, и характеристики. То же можно сказать и о вспомогательных асин­ хронных двигателях МВ1, МВ2, фазные роторы которых соединены электрически. Мощность их значительно меньше мощности главных двигателей.

Р и с . 7 .1 2 . С х е м а э л е к т р и ч е с к о г о п а л а с в с п о м о га т е л ь н ы м и а с и н х р о н н ы м и д в и г а т е л я м и

123

Результирующие ЭДС в каждой фазе равны нулю и уравнитель­ ного тока в роторах вспомогательных двигателей не возникает, поэтому вспомогательные моменты будут равны нулю. Они не нужны, так как ы'2 = ы2.

Теперь предположим, что в результате неравномерного распреде­ ления нагрузки одна из скоростей больше, например 0)^ > (о2. Тогда ЭДС в фазах попарно не будут равны и под действием некоторой

с вращающимися полями вспомогательных двигателей, они вызовут вспомогательные моменты М'пспи М%т Направление моментов можно определить исходя из закона Ленца: ЭДС, токи и моменты направ­ лены так, что своим действием препятствуют причине, их вызвавшей. Причиной является разность угловых скоростей ротора, следователь­ но, момент М'лсп будет направлен против вращения, а М"сп — в сторо­ ну вращения. Главный двигатель МГ1 будет притормаживаться, а МГ2 ускоряться. Процесс закончится тогда, когда угловые скорости ci>2 и со2 уравняются, при этом ЭДС в фазах снова станут попарно равны, уравнительный ток и вспомогательные моменты исчезнут.

Следует обратить внимание на включение в сеть обмоток ста­ торов вспомогательных двигателей. Чередование фаз здесь обратно чередованию фаз главных двигателей. Это означает, что поле статора вспомогательного двигателя направлено в противоположную сторону вращения ротора. Таким образом, вспомогательный двигатель рабо­ тает в режиме противовключения, при котором скольжение s > l , а следовательно, и ЭДС наводится больше. При прочих равных усло­ виях это позволяет получить больший ток и больший вспомогатель­ ный момент, что ускоряет процесс выравнивания скоростей.

Схема без вспомогательных двигателей (рис. 7.13). Эта схема может выполнять ту же функцию, что и предыдущая, но более проста, дешевле, занимает меньшую площадь. Главные двигатели должны иметь фазный ротор. Их обмотки соединяются электри­ ческим валом, к которому под­ ключается трехфазный рези­

стор.

124

роторе течет рабочий ток /р и /£ который замыкается на трехфазный резистор. Эти токи равны и создают одинаковые главные моменты М' и М", под действием которых вращаются роторы.

Если же (i>2>(0 2, то в контуре ротор МА1 — электрический вал — ротор ЫА2 появляется некоторая результирующая ЭДС и течет

щения, а Мвсп— в сторону вращения роторов. Таким образом, (1)2' уменьшится, a а)2 увеличится до наступления равновесия.

Недостатком рассмотренной схемы является меньшая эффектив­ ность, так как вспомогательные моменты не столь велики, как в схеме, показанной на рис. 7.12. Наличие резисторов в цепи ротора уменьшает жесткость механических характеристик и вызывает до­ полнительные потери энергии.

Г Л А В А 8

ПЕРЕХОДНЫЕ РЕЖИМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

§ 8.1. Общие сведения о переходных режимах

Во время пуска электродвигателя или его остановки, во время регулирования скорости, реверсирования возникают так называемые переходные режимы. Они имеют место при сбросе нагрузки или внезапных перегрузках, в момент скачкообразного изменения напря­ жения сети или сопротивления в цепи якоря и возбуждения. При этом происходит не только изменение угловой скорости, но и изме­ нение момента на валу двигателя, тока в обмотках, мощности, по­ требляемой двигателем от сети, и другие явления, называемые

переходными процессами.

Если переходные режимы возникают часто, то их необходимо учитывать, чтобы обеспечить нормальную работу механизма. Пере­ ходные режимы встречаются в прокатных станах, электротранспор­ те, в лифтах, при работе станков-автоматов, в подъемных кранах и т. д. Приходится предварительно рассчитывать законы изменения скорости, момента, тока, определять время переходного процесса, путь, пройденный механизмом за это время, и др.

Для точной остановки кабины лифта на этаже необходимо, например, знать, в каком месте установить этажный переключатель, чтобы в нужный момент снизить скорость, а затем отключить дви­ гатель. Нужно знать, какой путь пройдет кабина по инерции, какое при этом будет замедление, чтобы пассажиры не почувствовали неприятных ощущений. Особенно это важно в быстроходных лифтах, где различное количество пассажиров и различный путь от остановки до остановки осложняют решение задачи.

Сложность расчета переходных процессов зависит от того, ка­ кой вид имеет совместная характеристика двигателя и механизма: прямолинейный или криволинейный. Прямолинейный получается, если механические характеристики и механизма, и двигателя пря­ молинейны; криволинейный — если хотя бы одна из них криво­ линейна.

125

В обеих формулах дробь пропорциональна tga, т. е. углу наклона совместной характеристики.

Для двигателей постоянного тока параллельного и независимого возбуждения при Мст = const

Г„ =//?«,-/(КФ)2.

Для асинхронного двигателя в пределах прямолинейного участка механической характеристики при M cr= const

рис. 8.2, а, где определяются Т м\ для кривой 1 и Тмг — для кривой 2. При отключении двигателя и реактивном статическом моменте сопротивления угловая скорость изменяется по падающей до нуля экспоненте 2 (рис, 8.2,а): со= а)уСте“ //7Ч Получаем свободный выбег, где вращающий момент М = 0, а Мт„ = —Мс* Если же двигатель останавливать, включив на тормозной режим, то Млш= —М — Мст и постоянная времени будет значительно меньше, т. е. электропривод

достигнет нулевой скорости быстрее.

Отключение двигателя при активном статическом моменте со­

новившейся скорости после реверсирования зависит от момента со­ противления, созданного весом груза. Обычно в подъемных уст­ ройствах имеется электромагнитный тормоз, который затормаживает ротор двигателя в момент его остановки.

При регулировании скорости вверх или при сбросе нагрузки угловая скорость увеличивается от со, до соуСт (кривая 5, рис. 8.2,6), тогда экспонента

© = ©уст(1 —е_//Гм) + (о,е-,/г\

При уменьшении скорости (кривая 6, рис. 8.2,6) экспонента выражается аналогичным уравнением

со = Шуст (1 —е~</Гм) 4- (й2е~*/Тм.

Изменение момента во время' переходного процесса также но­ сит экспоненциальный характер:

М = М уст( \ — е - //г“) + М |е -//7Ч

При увеличении скорости момент уменьшается, а при уменьше­ нии — увеличивается (кривые 6 и 7, рис. 8.2, 6).

127

З д е с ь , к а к и в м е т о д е л и н е а р и з а ц и и (с м . п. 6 ) , с ч и т а е м , ч то п я ты й у ч а ст о к з а к а н - '

5.Для 4-го участка (3—4)

t4 = J (ю4— <о3) / М д И11.ср4 = 1,2 (7 6 — 60) /9 4 = 0,204 с;

<р4 = ю3*4 + Л4д„в.Ср4/4/(2/) = 60 • 0,24 + 94.0,2047(2 • 1,2) = 13,88 рад.

130