Системы ручного, дистанционного управления электроприводом

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ                            ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

                                                                                          

 

                                                                                        Кафедра«Электрооборудования с/х предприятия » 

 

Реферат

На  тему: «Системы ручного, дистанционного управления электроприводом»

 

 

 

                                                       Выполнил студент:

                                                               

                                                                 Проверил преподаватель:

 

                              

                                     МИНСК 2012г

 

ВВЕДЕНИЕ

Управление электроприводами заключается в осуществлении  пуска, регулирования скорости, торможения, реверсирования, а также поддержания режима работы привода в соответствии с требованиями технологического процесса.

В простейших случаях пуск, регулирование скорости и торможение производятся при помощи аппаратов  ручного управления. К ним относятся  рубильники, пакетные выключатели, пусковые и регулировочные резисторы, контроллеры. Применение этих аппаратов связано с дополнительной затратой времени на управление и, следовательно, снижает производительность механизма, особенно в тех случаях, когда его работа связана с частыми пусками или регулированием скорости. Кроме того, применение аппаратов ручного управления исключает возможность дистанционного управления, что неприемлемо в ряде современных автоматизированных установок.

Автоматическое управление электроприводами является одним из основных условий повышения производительности механизмов и производства продукции высокого качества. В системе управления электроприводом используются: релейно-контактные аппараты, где основными элементами являются различного рода реле, контакторы, путевые выключатели и др.; усилители, преобразовательные устройства и датчики — электромашинные, электромагнитные, полупроводниковые (транзисторные, тиристорные, интегральные) и т. п.; бесконтактные логические элементы, различные элементы цифровой и аналоговой вычислительной техники, микропроцессоры и микро-ЭВМ и т. п.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ

АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА СИСТЕМЕ ТИРИСТОРНЫЙ РЕГУЛЯТОР — АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Общие свойства регулируемого  по скорости электропривода, необходимо дополнить рассмотрением ряда частных возможностей регулирования скорости асинхронного электропривода, связанных с его особенностями. Возможные способы регулирования скорости асинхронного электропривода можно разделить на три группы: 1) способы регулирования, при которых скольжение изменяется в широких пределах и потери, выделяющиеся в виде теплоты в элементах роторной цепи, пропорциональны скольжению; 2) способы, при которых абсолютное скольжение двигателя при регулировании остается небольшим и не достигает критического скольжения на естественной характеристике ;3) способы, при которых абсолютное скольжение при регулировании изменяется в широких пределах, но потери энергии скольжения в роторной цепи двигателя ограничены.

К первой группе способов регулирования  скорости асинхронного электропривода относятся рассмотренное ранее реостатное регулирование, регулирование изменением напряжения на статоре двигателя, наложение механических характеристик в двухдвигательном электроприводе, регулирование с помощью асинхронной муфты скольжения и др.

Изменение напряжения, как  средство регулирования момента  в разомкнутой системе может  быть использовано для регулирования  скорости в системе автоматического регулирования по отклонению. Для этого схемы с магнитным усилителем и тиристорным регулятором напряжения необходимо дополнить отрицательной связью по скорости. Рассмотрим основные показатели такого способа регулирования.

Схема регулирования скорости асинхронного электропривода путем изменения напряжения на статоре приведена на рис. 1. Здесь магнитный или тиристорный регулятор напряжения обозначен РН, введен регулятор скорости PC, выходное напряжение которого и_у воздействует на обмотку управления магнитного усилителя или на вход тиристорного регулятора напряжения. На вход PC поданы сигнал задания и_{з. с} и сигнал обратной связи по скорости, получаемый с якоря тахогенератора ТГ. В цепь управления РН введен сигнал смещения, с помощью которого при и_у = 0 устанавливается минимальное напряжение на выходе РН. Практически в схемах с магнитными усилителями для этой цели предусматривается отдельная обмотка смещения, а в тиристорных регуляторах напряжения для установки начального угла регулирования а₀ обычно имеются соответствующие подстроечные элементы.

При оценке условий регулирования  скорости в системе тиристорный регулятор — асинхронный двигатель (ТРИ —АД) необходимо учитывать, что напряжение на выходе тиристорного регулятора несинусоидально, зависит от угла регулирования а и от угла активно-индуктивной нагрузки ψ_н, которой является асинхронный двигатель для ТРН при определенном скольжении s. Электромагнитный момент двигателя определяется первой гармоникой напряжения, а влияние высших гармоник невелико, и им можно пренебречь.

 

 

Рис. 1. Регулирование скорости в от сигнала управления в системе ТРН – АД

 

Так как момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения, можно записать.

                              

                                                   (1)

 

где — момент при данном скольжении, определяемый по естественной механической характеристике двигателя; U_1ф= — относительное значение первой гармоники напряжения питания двигателя.

При работе с U_3.c = const скорость двигателя в рабочей зоне механической характеристики поддерживается системой регулирования примерно постоянной, поэтому для режимов малых отклонений от точки статического равновесия можно линеаризовать:

                                                                               (2) 
     Получим уравнение механической характеристики для рассматриваемого режима:

                                                 (3)                                                                       

 

Таким образом, при принятых допущениях в замкнутой системе  формируется линейная механическая характеристика со скоростью идеального холостого хода  и модулем жесткости, которые определяются заданием и  коэффициентом обратной связи по скорости. При больших жесткость искусственных характеристик получается значительной, и уравнение удовлетворительно описывает реальную механическую характеристику. Как показано на рис.2, отличия проявляются, лишь в режиме, близком к холостому ходу, и при значениях напряжения. Иными словами, удовлетворительно описывает механическую характеристику замкнутой системы электропривода в возможных пределах регулирования момента. При данном способе регулирования потери в роторной цепи пропорциональны скольжению. Поэтому допустимый момент при регулировании скорости при независимой вентиляции двигателя можно определить из соотношения.[2]

                                         

                                     (4)

Откуда

                                                       (5)

Следовательно, для того чтобы при продолжительной работе с малой скоростью двигатель не нагревался сверх допустимой температуры, необходимо снижать его нагрузку в обратно пропорциональной зависимости от скольжения. Для двигателей с самовентиляцией это снижение должно быть больше с учетом ухудшения условий охлаждения по мере роста скольжения. Зависимость показана на рис. 13.

Этот недостаток ограничивает область применения замкнутых.систем асинхронного электропривода, основанных на регулировании .напряжения, механизмами, у которых момент нагрузки при регулировании скорости быстро уменьшается, например механизмами с вентиляторной нагрузкой. Кроме того, этот способ успешно применяется в тех случаях, когда в рабочем цикле требуется кратковременное снижение скорости, а основное время электропривод работает на естественной характеристике.

Дополнительные возможности  регулирования скорости дает применение многодвигательного электропривода. Рассмотрим эти возможности на примере двухдвигательного  асинхронного электропривода, схема  которого приведена на рис.14, а.

Благодаря наличию механической связи между роторами двигателей 1Д и 2Д в статических режимах  работы угловые скорости двигателей одинаковы, а результирующий момент электропривода равен сумме моментов двигателей. При линеаризации механических характеристик результирующая механическая характеристика может быть получена в виде.

 

Рассматривая (2), можно убедиться, что путем целенаправленного изменения жесткостей механических характеристик двигателей, а также соотношения скоростей идеального холостого хода в двухдвигательном электроприводе можно получить результирующие искусственные характеристики, обеспечивающие регулирование скорости.

В качестве примера на рис. 2, а представлена схема двухдвигательного электропривода, в котором двигатель 1Д при включении контактора К1 питается от сети, а при включении контактов контактора К2 в его обмотку статора подается постоянный ток I_п для реализации режима динамического торможения. Второй двигатель 2Д постоянно питается от сети переменного тока.

Наличие фазного ротора у  каждого двигателя позволяет  вводить в цепи ротора добавочные резисторы и таким образом изменять значения β₁ и β₂ а переключение двигателя 1Д в режим динамического торможения дает ω₀₁ =0. При этом подбором жесткостей можно получить глубокое регулирование скорости, как показано на рис. 2, б. Здесь добавочное сопротивление в цепи двигателя 1Д, работающего в режиме динамического торможения, равно нулю и жесткость характеристики 1 β₁ максимальна. Для ограничения тока и увеличения жесткости результирующей характеристики в цепь ротора двигателя 2Д введен добавочный резистор со значительным сопротивлением (характеристика 2, s_к2 > s_к.е). Жесткость рабочего участка результирующей характеристики 3 . выше, чем жесткость β₁ при R_доб = 0, а скорость идеального холостого хода  достаточно мала. При моменте нагрузки М_с результирующая механическая характеристика 3 обеспечивает устойчивую пониженную скорость ω_с.п.

Недостатком данного способа  регулирования скорости являются значительные потери.

Таким образом, если необходимо регулировать скорость при М_с = const, то при работе на полной скорости агрегат должен недоиспользоваться в 2,5 — 3 раза по мощности. Если на пониженной скорости электропривод должен работать малую долю времени цикла, то недоиспользование мощности агрегата из-за кратковременной перегрузки двигателя 2Д на малой скорости может быть сокращено до 1,25 — 1,5 раза. Поэтому наиболее целесообразно применение этого способа в случаях, когда работа с пониженной скоростью в цикле весьма кратко- временна. При этом перегрузки на пониженной скорости сказываются существенно на нагреве двигателей, а низкий КПД системы не может заметно ухудшить энергетические показатели электропривода.

При полной идентичности механических характеристик обоих двигателей каждый из них несет половину общей  нагрузки, и при этих условиях номинальный  момент агрегата равен:

                                                                    (7)

 

Ко второй группе способов регулирования скорости асинхронного электропривода относятся частотное регулирование, особенности которого будут ниже рассмотрены, и регулирование путем изменения числа пар полюсов.

Регулирование скорости путем  изменения числа пар полюсов осуществляется при питании двигателя от сети при путем переключения одной статор ной обмотки с треугольника на двойную звезду  или со звезды на двойную звезду . Число пар полюсов р_п при этом изменяется вдвое, что вызывает соответствующие изменения скорости поля ω₀

                                

                                             (8)

При наличии на статоре  двигателя двух обмоток, обеспечивающих возможность указанного переключения числа пар полюсов, можно обеспечить четыре регулировочных ступени с большими возможностями изменения р_п. Следовательно, данный способ регулирования скорости требует применения специальных двигателей. Габариты и стоимость таких двигателей выше, чем у двигателей односкоростных, однако простота способа и высокая жесткость регулировочных характеристик определяют целесообразность его использования во многих практических случаях.

У двигателя с фазным ротором  роторная обмотка выведена на контактные кольца, что создает возможность подвода напряжения не только к цепи статора, но и к цепи ротора. Активная цепь роторной обмотки, содержащая регулируемые источники, напряжения, позволяет полезно использовать энергию скольжения и вследствие этого осуществлять экономичное регулирование скорости при широких пределах изменения скольжения двигателя.