книги / Электрооборудование одноковшовых экскаваторов

На рис. 4-3 кривая э. д. с. генератора ег совпадает (с учетом масштабов) с кривой тока возбуждения in.

Под действием э. д. с. генератора в цепи якорей генератора и двигателя будет проходить ток in и двигатель придет в движе­ ние. С возрастанием частоты вращения двигателя растет его э. д. с., и тогда мгновенное значение тока якоря определяется уравне­ нием

чения ег одновременно возрастают с некоторым отставанием часто­ та вращения п и едв двигателя (рис. 4-4). При этом кривая п со-

цесса динамический ток равен нулю, то и ускорение в начальный момент равно нулю. Из последнего вытекает, что вначале каса­ тельная к кривой п, а значит, и к кривой его э. д. с. горизонтальна

' цессов по сравнению с асинхронным электроприводом. Отставание едв от ег при' пуске определяется наличием меха­

нической инерции вращающихся частей двигателя и нагрузкой на его валу. Поэтому э. д. с. двигателя, а также ток в главной цепи при пуске, как это видно из рис. 4-4, изменяются по закону, отлич­ ному от закона изменения э. д. с. генератора. При этом кривая тока ia может быть получена с помощью соотношения (4-19) для любого момента времени.

Характер изменения и максимальное значение тока в главной цепи /’я при пуске зависят от соотношения электромагнитной по­ стоянной времени обмотки возбуждения генератора Тп и электро-

151

механической постоянной времени двигателя Гм, характеризующей механическую инерцию (см. § 1-6):

Очевидно, что с ростом Гв замедляются - процесс возбуждения генератора и процесс пуска, а ток уменьшается, и наоборот, напри­ мер в- идеальном случае, когда 0, а значит, и Г-в^ 0 , генератор сразу возбудится и э. д. с. его приобретает полное значение на­ столько быстро, что двигатель не успеет развить заметную частоту вращения. Вследствие этого ток якоря сразу же приобретает зна­ чение тока к. з. / к= £ Г|УСТ/(2Дц).

С ростом Гы значения тока якоря в каждый момент времени

и весьма мала Гм, также весьма малым будет и динамический ток якоря. Следовательно, при пуске без статической нагрузки полный ток якоря будет близок к нулю и во все время пуска будет соблю­ даться равенство Яг= £ д В, а время пуска зависит от длительности процесса возбуждения..

Уравнения, определяющие изменение частоты вращения и тока двигателя при пуске без нагрузки (кривые которых изображены на рис. 4-4), получаются из совместного решения дифференциаль­ ных уравнений (4-16) и уравнения движения (1-5), а также (4-19) введением в них следующих подстановок:

где kT, км, kjs— коэффициенты пропорциональности.

Совместное решение уравнений даетвыражение зависимости частоты вращения и тока двигателя от времени при пуске:

Пуст

тока будет максимальным. Величина максимального тока двигателя при пуске

152

Из' уравнений (4-24) и (4-25) очевидна вышеуказанная зави­ симость. п и 1я от Тв и Гм. Также анализ уравнений (4-26) пока­ зывает, что ток /т е * увеличивается при возрастании Гм и по мере уменьшения Т*.

В зависимости от момента инерции механизма элек­ троприводы экскаваторов можно разбить на две группы. П е р в у ю г р у п п у составляют электроприводы с ма­ лым моментом инерции, который определяется в основ­ ном моментом инерции самого двигателя и соответствен­ но с малым значением Гм. К ним относятся все электро­ приводы копающих механизмов (тяги и подъема драг­ лайна, подъема и напора лопаты). У этой группы элек­ троприводов величина Тв больше Ты в 70—100 раз. Ко в т о р о й г р у п п е относятся электроприводы с боль­ шим моментом инерции, у которых момент инерции ме­ ханизма в несколько раз превышает момент инерции самого двигателя, т. е. с большим значением Гм. В эту группу входят механизмы поворота, у которых постоян­ ная времени Тм в несколько раз больше, чем у копаю­ щих механизмов. У этих приводов отношение TBjTu= =5-^30.

У электроприводов с малым моментом инерции и по­ стоянной времени Ти ток якоря при пуске имеет соглас­

т. е. характер изменения частоты вращения двигателя п, э. д. с. двигателя едв и э. д. с. генератора ег практиче­ ски одинаков (изменяются по одному закону), что уже отмечалось при рассмотрений идеального случая, когда Гм^О. Следовательно, длительность и характер протека­ ния шереходных процессов приводов подъема, тяги и напора, имеющих малую постоянную времени Гм> зави­ сят полностью от изменения э. д. с. генератора, т. е. определяются процессом возбуждения генератора (зна­ чением электромагнитной постоянной времени цепи воз­ буждения генератора Гв).

У электроприводов экскаваторов с большой постоян­ ной времени Гм ток якоря при пуске может достигнуть согласно уравнению (4-26) больших значений, которые могут превысить допустимые. Во избежание этого необ­

153

ходимо увеличить постоянную времени генератора (за­ медлить нарастание э. д. с. ег). Это уменьшает ток якор­ ной цепи, т. е. снижает темп разгона до допустимых пре­ делов.

к разрядному резистору Rpa3 (на рис. 4-1 этот резистор показан штриховыми линиями). Ток в обмотке возбуждения генератора, замкнутой на разрядный резистор, поток и э. д. с. генератора спа­ дают постепенно по закону

t т*

гв "Г ''раз

обмотки возбуждения.

Так как электромагнитная постоянная V в зависит от сопро­ тивления разрядного резистора, то от последнего зависят и такие важные, характеризующие процесс величины, как время торможе­ ния, максимальный ток и др. Поэтому при наладке сопротивление резистора Rp33 обязательно должно учитываться и подбираться требуемого значения. Обычно разрядный резистор рассчитывается по" величине допустимого перенапряжения на обмотке возбуждения, которое может возникнуть в момент отключения ее от источника питания Ua.

Интенсивность торможения зависит от скорости спа­ дания тока возбуждения генератора. Как при пуске,, так и при торможении ведущим процессом является снижение ет, а убывание едв является следствием. Характер изме­ нения э. д. с. генератора, э. д. с. и частоты вращения двигателя и тока в главной цепи системы Г—Д при тор­ можении со статическим моментом, равным нулю, пока­ зан на рис. 4-5. Как видно, в течение всего процесса едв>ег и ток проходит в противоположном по сравнению с пуском направлении (сравни направления токов на рис. 4-4 и 4-5). Генератор Г, получая энергию от дви­ гателя Д, передает ее в виде механической энергии при­ водному двигателю, например асинхронному ПД (см. рис. 4-1), заставляя его вращаться с частотой вра­ щения выше синхронной. Асинхронный двигатель, таким образом, превращается в генератор, отдавая энергию в сеть переменного тока.

Переходные режимы при реверсировании. Реверсиро­ вание двигателя в системе Г—Д осуществляется изме-

154

так как 7’в> 7 ,м. Например, при Тъ= 2 ,5 с- у привода подъема экскаватора ЭШ-15/90 полное время переход­ ного процесса составит ta= (3-*-4) ^=7,5-5-10 с, если не:

применить форсировки, вместо требуемого по циклу 3,0—3,5 с. •

Форсировка процесса возбуждения генератора дости­ гается путем повышения напряжения, подводимого к его цепи возбуждения, за счет чего происходит ускоренное

(форсированное) нарастание тока возбуждения генера­ тора. Существуют различные способы получения форси­ ровки. В качестве примера на рис. 4-7,а приведена про­ стейшая схема форсировки с отсечкой, в которой, начи­ ная с момента включения контактов Ки на выводах обмотки возбуждения действует повышенное в а раз напряжение. Поэтому ток возбуждения (кривая 2 на рис. 4-7,6) растет, стремясь к своему установившемуся

157

значению а / в,уст при постоянной времени, равной посто­ янной времени при нефорсированном процессе (кри­ вая /). В точке а кривой 2 происходит отсечка форси­ ровки за счет включения ограничивающего резистора Яф, ранее шунтированного контактом Кф. Напряжение возбуждения £/в уменьшается до номинального значе­ ния, а э. д. с. генератора, достигнув значения ег= Е г,уст, вызывает разгон привода до установившейся частоты вращения по соответствующей статической механиче­ ской характеристике.

Отношение aUfUB= a называют коэффициентом фор­ сирования. Он обычно принимается порядка трех-четы­ рех, так как дальнейшее его увеличение не приводит к существенному уменьшению времени переходного про­

в период переходных процессов избыточное напряжение, которое затем снимается 'в установившемся режиме. С этой целью в систему управления электропривода вво­ дится отрицательная обратная связь по Напряжению

что форсировка с отсечкой обеспечивает меньшее время

ки— U, когда а—\.

На рис. 4-7,б приведены примерные кривые измене­ ния тока в якорной цепи и частоты вращения двигате­ ля при нуске с форсировкой и без нее, из которых вид­ но, что увеличение форсировки (коэффициента а) вы­ зывает значительное увеличение тока в якорной цепи, так же как и при реверсировании. Причем эти токи мо­ гут превышать максимально допустимые значения по условиям коммутации электрических машин, если не принять специальных мер для их ограничения. Необхо­ димость ограничения тока двигателя диктуется причина­ ми не только электрического, но и механического ха­ рактера.

Специальные меры токоограничения, как уже отме­ чалось, особенно необходимы при резком стопорении двигателя. Поэтому простая (разомкнутая) :истема

158

Г—Д, изображенная на рис. 4-1, не применяется в экс­ каваторном электроприводе, как не обладающая авто­ матической токоограничивающей способностью (экска­ ваторной характеристикой).

Г Л А В А П Я Т А Я

ЗАМКНУТАЯ СИСТЕМА Г—Д

5-1. ПРИНЦИП АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ В ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЕ Г—Д И ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

ИЗ ТЕОРИИ РЕГУЛИРОВАЙИЯ

В экскаваторном электроприводе автоматическое ограничение момента двигателя в период стопорения и автоматическое поддержание постоянства заданной ча­ стоты его вращения в период установившегося режима работы достигается за счет включения в цепВ питания обмотки возбуждения генератора автоматического ре­ гулятора— электромашинного усилителя (ЭМУ), маг­ нитного усилителя (МУ) или тиристорного преобразо­ вателя (ТВ). Система Г—Д с регулятором, обеспечи­ вающим создание замкнутой системы автоматического регулирования и управления (САР), называется специ­ альной (или замкнутой). Такая система позволяет полу­ чить любую форму механической экскаваторной харак­ теристики.

С целью пояснения назначения отдельных элементов в замк­ нутой системе автоматического регулирования и управления элек­ троприводом специальных экскаваторов и основных понятий теории регулирования ниже рассматривается управление электроприводом с заданием режима вручную. При ручном управлении машинист, желая установить определенную частоту вращения двигателя, воз­ действует на цепь возбуждения генератора, т. е. изменяет ток в обмотке возбуждения генератора резистором /?в (см. рис. 4-1).

и рабочего механизма, связанного с ним.

Таким образом, имеет место направленная цепь воздействия: машинист посредством резистора воздействует, на ток (поток) воз­ буждения генератора; последний вызывает изменение напряжения на якоре генератора; от напряжения генератора уже зависит со­

вращения двигателя. Начало этой направленной цепи воздействий называется входом системы управления; конец — выходом. Соответ­ ственно различают входные и выходные величины системы, а так­ же отдельных ее элементов. Входной величиной (входным воздей­ ствием) является ток (или напряжение) в обмотке возбуждения

159

генератора; выходной величиной — частота вращения двигателя ра­ бочего механизма.

Машинист, воздействуя на вход системы (на цепь возбужде­ ния генератора), изменяет частоту вращения двигателя и по по­ казанию измерительного прибора или по скорости хода рабочего механизма определяет ее величину. Измерительным прибором при ручном управлении может служить вольтметр, который включают на выводы якоря генератора. По его показанию ведется постоянное наблюдение за частотой вращения двигателя, поскольку последняя пропорциональна напряжению генератора, и в случаях отклонения частоты вращения от заданного значения оказывается то или иное, воздействие на систему. Отсюда видно, что для поддержания не­ изменным заданного напряжения генератора (частоты вращения двигателя рабочего механизма) вручную, без применения автомати­ ческого управления, машинист, должен, во-первых, наблюдать за показаниями измерительного прибора, во-вторых, сравнивать эти показания с заданным значением (допустим, задано поддерживать напряжение на генераторе 500 В) и, в-третьих, при разности между заданной и наблюдаемой величинами передвигать ручку реостата RB, изменяя тем самым ток в обмотке возбуждения и напряжение генератора, чтобы эта разность стала равной нулю. Таким образом, машинист выполнял бы следующие функции: контролировал напря­ жение генератора; сравнивал его с заданным значением; управлял напряжением генератора, регулируя'его значение.

По показаниям другого прибора — амперметра, включенного в силовую цепь Г — Д, машинист наблюдал бы за значением тока в якорной цепи и в случаях, когда оно становилось выше допусти­ мого, снижал напряжение генератора и тем самым уменьшал бы ток в якорной цепи [см. формулу (4-2)].

Таким образом, для трго, чтобы управлять экскаваторным элек­ троприводом, нужно регулировать ток якоря и напряжение преоб­ разователя.

Для поддержания заданного значения выходной ве­ личины (напряжения преобразователя-генератора) не­ обходимо, чтобы автоматически в системе непрерывно сравнивалось действительное значение выходной вели­ чины с заданным. Bv результате сравнения должно ока­ заться воздействие на вход системы, которое восстано­ вило бы заданное значение выходной величины.

Следовательно, для автоматического управления не­ обходимо прежде всего воздействие выходной величины системы на ее вход. Это воздействие называется обрат­ ной связью. А сам такой принцип автоматического управления системой называется принципом обратной связи.

Обратная связь (как и машинист) в автоматической системе регулирования с целью поддержания заданного напряжения генератора должна действовать встречно входной величине: снижать ее при увеличении выходной величины и увеличивать при уменьшении выходной ве­

160