Показатели регулирования скорости электроприводов

Регулированием скорости является принудительное изменение скорости двигателя в целях регулирования скорости движения исполнительных органов машин и механизмов. В общем случае регулирование скорости двигателей – а под этим понимается также и поддержание скорости на заданном уровне – может осуществляться двумя способами – параметрическим и в замкнутых системах .

При параметрическом способе регулирование достигается изменением каких-либо параметров электрических цепей двигателей или питающего напряжения за счет включения, например, различных дополнительных элементов: резисторов, конденсаторов, индуктивностей. Качество такого регулирования скорости обычно оказывается не очень высоким.

При необходимости получения процесса регулирования скорости с высокими качественными показателями переходят к замкнутым системам электропривода , в которых воздействие на двигатель обычно осуществляется изменением подводимого к двигателю напряжения, или частоты этого напряжения, или того и другого. Для этой цели служат различные силовые преобразователи постоянного и переменного тока.

Регулирование скорости в количественном отношении характеризуется шестью основными показателями .

1. Диапазон регулирования определяется отношением максимальной ωмах и минимальной скоростей ωмин : Д = ωмах / ωмин при заданных пределах изменения нагрузки на валу двигателя.

Различные рабочие машины требуют разных диапазонов регулирования. Так, прокатные станы характеризуются диапазоном Д = 20 — 50, станки от Д = 3 — 4 до Д = 50 — 1000 и более, бумагоделательные машины Д = 20 и т.д.

2. Направление регулирования скорости определяется расположением получаемых искусственных характеристик относительно естественной. Если они располагаются выше естественной, то говорят о регулировании скорости вверх от основной, если ниже – вниз от основной. Расположение искусственных характеристик как выше, так и ниже естественной обеспечивает так называемое двухзонное регулирование .

3. Плавность регулирования скорости определяется числом получаемых в данном диапазоне искусственных характеристик: чем их больше, тем регулирование скорости будет осуществляться плавнее. Плавность оценивается коэффициентом, который находится как отношение скоростей на двух ближайших характеристиках

где ω _i и ω _i-1 – скорости на i- й и ( i-1) искусственных характеристиках.

Наибольшая плавность достигается в замкнутых системах с использованием преобразователей напряжения и частоты, небольшая плавность обычно соответствует параметрическим способам регулирования. При плавном регулировании скорости качественно протекает технологический процесс, улучшается качество выпускаемой продукции, повышается производительность работы электропривода и т.д.

4. Стабильность в поддержании заданной регулировочной скорости технологом зависит от жесткости механической характеристики электродвигателя. Более жесткую механическую характеристику возможно получить только в замкнутых электроприводах. В разомкнутом электроприводе и при слишком пониженной скорости и колебаниях момента сопротивления будут происходить большие колебания скорости, что недопустимо.

5. Допустимая нагрузка на двигатель при регулировании скорости зависит от протекающего тока в силовой части. Этот ток не должен превышать номинального значения. В противном случае двигатель будет перегреваться. Допустимый ток зависит от вида механической характеристики исполнительного органа и примененного способа регулирования скорости.

6. Экономичность регулирования определяется капитальными и эксплуатационными затратами на регулируемый электропривод. Капитальные затраты должны быть по возможности минимальными, или в противном случае такими, чтобы срок окупаемости электропривода не превысил нормативного.

При расчете показателя экономичности регулирования скорости учитываются количество регулируемых скоростей в диапазоне регулирования, активные мощности на валу двигателя при различных скоростях, потери мощности при различных скоростях, время работы электродвигателя на каждой регулируемой скорости, активные и реактивные мощности, потребляемые электродвигателем.

Источник

31 Основные показатели способов регулирования координат электропривода

Основные показатели способов регулирования координат электропривода

Для сопоставления между собой возможных способов регулирования координат используются следующие обобщенные показатели регулирования:

1. Точность (стабильность регулирования).

2. Диапазон регулирования.

3. Плавность регулирования.

4. Динамические показатели.

5. Экономичность регулирования.

6. Допустимая нагрузка при регулировании.

Точность регулирования или иначе точность поддержания заданной переменной определяется возможными отклонениями ее от заданного значения под действием возмущающих факторов, например, изменении нагрузки при регулировании скорости, изменении скорости при регулировании момента и т.п. В разомкнутых системах оценкой точности может служить отношение наибольшего отклонения регулируемой величины, например, скорости, к среднему значению

Рекомендуемые файлы

Чем жестче зависимость Х от F_в, тем точнее регулирование.

Диапазон регулирования характеризует пределы изменения средних значений переменной Х_ср , возможные при данном способе регулирования

Обычно Д обозначается в числах, например . Верхний предел регулирования переменной ограничивается максимально допустимым или максимально реализуемым значением переменной, а нижний предел – необходимой точностью поддержания заданной переменной или минимально реализуемыми значениями переменной при данном способе регулирования.

Например, верхний предел регулирования скорости двигателя ограничивается механической прочностью якоря или ротора, а для двигателей постоянного тока еще и условиями коммутации. Нужно иметь в виду, что снижать среднее значение регулируемой переменной нельзя, поскольку возрастает относительная ошибка регулирования Dх*_макс. Если показанное на рис. значение х_ср.мин считать минимально допустимым по условиям точности регулирования, то ему при заданной допустимой относительной ошибке Dх*_доп соответствует соотношение

Плавность регулирования характеризуется числом дискретных (промежуточных) значений регулируемой переменной, получаемых при данном способе регулирования в диапазоне регулирования. Она тем выше, чем меньше скачок переменной при переходе от данного ее значения к ближайшему возможному значению. Иногда для оценки плавности используется понятие коэффициента плавности, под которым понимается отношение двух соседних ступеней (значений) переменной

или

Чем ближе к_пл к 1 , тем плавнее регулирование.

При автоматическом регулировании координат электропривода важное значение имеют динамические показатели качества регулирования, оцениваемые по характеру переходного процесса при скачке управляющего воздействия. Главным показателем быстродействия, непосредственно влияющим на производительность ряда механизмов, является время пуска и торможения электропривода. Быстродействие характеризуется такими показателями, как время запаздывания t_з, время регулирования t_р, за которое переменная первый раз достигает установившегося значения х_уст, время максимума t_макс, общее время переходного процесса t_пп, за которое затухают все его свободные составляющие.

Перерегулирование или динамическая ошибка характеризуется максимальным отклонением от х_уст при t_макс, отнесенным к установившемуся значению регулируемой переменной

Колебательность характеризуется наименьшим значением логарифмического декремента, соответствующего комплексно – сопряженным корням характеристического уравнения системы или частотным показателем колебательности.

Экономичность регулирования оценивается по первоначальным капитальным затратам, связанным с созданием данной системы электропривода и по эксплуатационным расходам на электроэнергию, оцениваемым главным образом по таким показателям, как КПД и коэффициент мощности при регулировании скорости. При оценке экономической эффективности должны учитываться не только указанные факторы, но и то, что дополнительные затраты и эксплуатационные расходы на создание более совершенной системы регулирования должны окупиться повышением производительности и надежности работы установки, а также улучшением качества продукции.

Одной из главных переменных, необходимость регулирования которой диктуется технологическими требованиями, в большинстве случаев является скорость электропривода. Необходимо знать, какие механические нагрузки могут быть допустимы на валу двигателя. Поэтому одним из важнейших показателей является допустимая нагрузка. Необходимость ее оценки возникает в связи с тем, что М_с приводимого механизма в общем случае также зависит от скорости.

Допустимая нагрузка зависит от метода регулирования скорости, ограничивается нагревом двигателя, вызванным потерями энергии. Они же определяются величиной потребляемого тока. Обычно считается, что двигатель работает нормально, если при продолжительной нагрузке токи в цепях его обмоток не превышают номинального значения. В этом случае двигатель не нагревается выше допустимой температуры. Для определения допустимой нагрузки (допустимого момента) необходимо найти его величину, соответствующую номинальному току главной цепи двигателя при различных скоростях и тем самым установить зависимость М_доп=f(w).

3 Регенерация топлива АЭС с тепловыми реакторами — лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.

Весьма существенным является обеспечение соответствия закона изменения М_с и характера зависимости предельно допустимого по условиям нагрева момента двигателя от скорости М_доп=f(w). Рациональное использование двигателя при регулировании скорости будет иметь место в том случае, когда эквивалентный момент двигателя по нагреву при изменении рабочей скорости будет меняться по такому же закону, что и М_с. При отсутствии такого совпадения двигатель будет плохо использоваться в тепловом отношении в одной части диапазона изменения скорости и может оказаться перегруженным в другой .

Момент и мощность, развиваемая двигателем, зависит от метода регулирования. Регулирование возможно при постоянстве момента и при постоянстве мощности, т.е. различаются две зоны регулирования. Зона I (см. рис. ) соответствует регулированию с постоянным моментом. При номинальном токе и постоянном потоке

Мощность Р₂ на валу двигателя в этой зоне изменяется по линейному закону, т.е. она пропорциональна скорости .

Зона II соответствует регулированию с постоянной мощностью. В этом случае с увеличением скорости момент изменяется (необходимо регулировать) по закону гиперболы

.

Источник

Основные показатели способов регулирования координат электропривода

Для сопоставления между собой возможных способов регулирования координат используются следующие обобщенные показатели регулирования:

1. Точность (стабильность регулирования).

2. Диапазон регулирования.

3. Плавность регулирования.

4. Динамические показатели.

5. Экономичность регулирования.

6. Допустимая нагрузка при регулировании.

Точность регулирования или иначе точность поддержания заданной переменной определяется возможными отклонениями ее от заданного значения под действием возмущающих факторов, например, изменении нагрузки при регулировании скорости, изменении скорости при регулировании момента и т.п. В разомкнутых системах оценкой точности может служить отношение наибольшего отклонения регулируемой величины, например, скорости, к среднему значению

Чем жестче зависимость Х от F_в, тем точнее регулирование.

Диапазон регулирования характеризует пределы изменения средних значений переменной Х_ср , возможные при данном способе регулирования

Обычно Д обозначается в числах, например . Верхний предел регулирования переменной ограничивается максимально допустимым или максимально реализуемым значением переменной, а нижний предел – необходимой точностью поддержания заданной переменной или минимально реализуемыми значениями переменной при данном способе регулирования.

Например, верхний предел регулирования скорости двигателя ограничивается механической прочностью якоря или ротора, а для двигателей постоянного тока еще и условиями коммутации. Нужно иметь в виду, что снижать среднее значение регулируемой переменной нельзя, поскольку возрастает относительная ошибка регулирования Dх*_макс. Если показанное на рис. значение х_ср.мин считать минимально допустимым по условиям точности регулирования, то ему при заданной допустимой относительной ошибке Dх*_доп соответствует соотношение

Плавность регулирования характеризуется числом дискретных (промежуточных) значений регулируемой переменной, получаемых при данном способе регулирования в диапазоне регулирования. Она тем выше, чем меньше скачок переменной при переходе от данного ее значения к ближайшему возможному значению. Иногда для оценки плавности используется понятие коэффициента плавности, под которым понимается отношение двух соседних ступеней (значений) переменной

или

Чем ближе к_пл к 1 , тем плавнее регулирование.

При автоматическом регулировании координат электропривода важное значение имеют динамические показатели качества регулирования, оцениваемые по характеру переходного процесса при скачке управляющего воздействия. Главным показателем быстродействия, непосредственно влияющим на производительность ряда механизмов, является время пуска и торможения электропривода. Быстродействие характеризуется такими показателями, как время запаздывания t_з, время регулирования t_р, за которое переменная первый раз достигает установившегося значения х_уст, время максимума t_макс, общее время переходного процесса t_пп, за которое затухают все его свободные составляющие.

Перерегулирование или динамическая ошибка характеризуется максимальным отклонением от х_уст при t_макс, отнесенным к установившемуся значению регулируемой переменной

Колебательность характеризуется наименьшим значением логарифмического декремента, соответствующего комплексно – сопряженным корням характеристического уравнения системы или частотным показателем колебательности.

Экономичность регулирования оценивается по первоначальным капитальным затратам, связанным с созданием данной системы электропривода и по эксплуатационным расходам на электроэнергию, оцениваемым главным образом по таким показателям, как КПД и коэффициент мощности при регулировании скорости. При оценке экономической эффективности должны учитываться не только указанные факторы, но и то, что дополнительные затраты и эксплуатационные расходы на создание более совершенной системы регулирования должны окупиться повышением производительности и надежности работы установки, а также улучшением качества продукции.

Одной из главных переменных, необходимость регулирования которой диктуется технологическими требованиями, в большинстве случаев является скорость электропривода. Необходимо знать, какие механические нагрузки могут быть допустимы на валу двигателя. Поэтому одним из важнейших показателей является допустимая нагрузка. Необходимость ее оценки возникает в связи с тем, что М_с приводимого механизма в общем случае также зависит от скорости.

Допустимая нагрузка зависит от метода регулирования скорости, ограничивается нагревом двигателя, вызванным потерями энергии. Они же определяются величиной потребляемого тока. Обычно считается, что двигатель работает нормально, если при продолжительной нагрузке токи в цепях его обмоток не превышают номинального значения. В этом случае двигатель не нагревается выше допустимой температуры. Для определения допустимой нагрузки (допустимого момента) необходимо найти его величину, соответствующую номинальному току главной цепи двигателя при различных скоростях и тем самым установить зависимость М_доп=f(w).

Весьма существенным является обеспечение соответствия закона изменения М_с и характера зависимости предельно допустимого по условиям нагрева момента двигателя от скорости М_доп=f(w). Рациональное использование двигателя при регулировании скорости будет иметь место в том случае, когда эквивалентный момент двигателя по нагреву при изменении рабочей скорости будет меняться по такому же закону, что и М_с. При отсутствии такого совпадения двигатель будет плохо использоваться в тепловом отношении в одной части диапазона изменения скорости и может оказаться перегруженным в другой .

Момент и мощность, развиваемая двигателем, зависит от метода регулирования. Регулирование возможно при постоянстве момента и при постоянстве мощности, т.е. различаются две зоны регулирования. Зона I (см. рис. ) соответствует регулированию с постоянным моментом. При номинальном токе и постоянном потоке

Мощность Р₂ на валу двигателя в этой зоне изменяется по линейному закону, т.е. она пропорциональна скорости .

Зона II соответствует регулированию с постоянной мощностью. В этом случае с увеличением скорости момент изменяется (необходимо регулировать) по закону гиперболы

.

Источник