Электропривод и электроника

Другие координаты чаще вспомогательные – это путь, ускорение, вращающий момент электродвигателя и т.д. Процесс принудительного изменения или поддержания на заданном уровне угловой скорости электропривода при меняющихся внешних воздействиях называют регулированием угловой скорости.Способы регулирования угловой скорости электропривода Регулирование возможно электрическими и механическими способами.Электрические способы регулирования заключаются в изменении угловой скорости электропривода при помощи устройства управления посредством передаточного и преобразовательного устройств. Электрические способы более прогрессивней, т.к. уменьшают металлоёмкость технологических установок, компактность, надёжность с увеличением уровня автоматизации и качества управления техническими процессами.Механические способы регулирования заключаются в изменении линейной или угловой скорости исполнительных органов изменением передаточного числа устройства механической передачи (редуктора), путём применения различных коробок перемены передач, механических вариаторов. [5]4.3 Критерии оценки качества регулированияКачество процесса регулирования – это совокупность показателей, которые характеризуют поведение системы электропривода в установившихся и переходных режимах при отработке задающих и возмущающих воздействий.Показатели качества регулирования позволяют оценить свойства системы регулирования в статических и динамических режимах работы. Критерии, характеризующие процесс регулирования угловой скорости электропривода: – диапазон регулирования;– плавность регулирования;– стабильность заданной угловой скорости;– направления регулирования;– допустимая нагрузка на разных угловых скоростях;– экономичность регулирования.Диапазон регулирования угловой скорости определяется отношением максимально возможной угловой скорости электропривода к минимальной при допустимых пределах её колебания с изменением нагрузки: D = (4.1)Обычно выражается как 2/1, 10/1, 100/1.Плавность регулированияугловой скорости определяется отношением двух ближайших соседних угловых скоростей и при переменной нагрузке электропривода и численно оценивается коэффициентом плавности регулирования = . При плавном регулировании частоты вращения электропривода этот коэффициент меняется к единице. [8]Стабильность угловой скорости электропривода определяется жёсткостью механической характеристики электродвигателя и диапазоном изменения нагрузки на его валу. Чем больше жёсткая механическая характеристика электродвигателя и меньший диапазон колебания нагрузки на его валу, тем стабильнее угловая скорость электропривода, которая численно оценивается её отклонением от заданного значения, При абсолютно жёсткой характеристике механической – синхронного электродвигателя и допустимых нагрузках электропривода значение Направление регулирования угловой скорости электропривода, т.е. увеличение или уменьшение её по отношению к номинальной , зависит от принятого способа регулировки. Направленный ввод добавочных сопротивлений в силовой цепи электродвигателя, снижает жесткость их механических характеристик, и их угловая скорость при наличии нагрузки на валу снижается. С другой стороны, уменьшение тока возбуждения и соответственно снижения магнитного потока ДПТ приводящий к возрастанию угловой скорости.Допустимая нагрузка на валу электропривода при разных угловых скоростях его вращения определяется принятым способом регулирования скорости электропривода. Выделяют регулирование при постоянном моменте М=const и при постоянной мощности Р= const. Регулирование скорости электропривода при постоянном моменте М= const целесообразно для производственных механизмов, создающих на валу электродвигателя постоянный момент нагрузки, независящий от угловой скорости механизма. Это большинство транспортирующих ивсе грузоподъемныемеханизмы.Регулирование угловой скорости электропривода при постоянной мощности Р = const наиболее оправданно для электроприводов главного привода металлорежущих станков. В таких случаях изменением угловой скорости электропривода сила тока электродвигателя при всех угловых скоростях будет практически неизменной.Экономичность регулирования угловой скорости электропривода определяется средними значениями энергетических показателей , которые рассчитаныза определенный период работы электропривода с данными угловыми скоростями. (4.2) = (4.3)где и – соответственно полезная (на выходном валу) и потребляемая из сети активная мощность электропривода на i – и ступени регулирования, Вт – потеря активной мощности на регулирование угловой скорости при работе электропривода i – и ступени регулирования, Вт. – продолжительность работы на i – и ступени регулирования, с – потребляемая из сети активная мощность на i – и ступени регулирования, вар.Любой процесс электрического регулирования координат электропривода всегда связан с получением искусственных (регулировочных) характеристик двигателя электропривода. Это достигается на уровнезамкнутых или разомкнутыхсистем регулируемого электропривода.[1]ГЛАВА 5ИМПУЛЬСНЫЙ МЕТОД РЕГУЛИРОВАНИЯ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДВИГАТЕЛЯ5.1 Импульсное регулированиеНаибольшее применение из многочисленных методов импульсного регулирования для управления ДПТ получило широтно-импульсное регулирование напряжения (ШИР). [3]Рисунок 21 – импульсный методПри импульсном методе (рисунок 21)двигатель получает импульсы неизменного по амплитуде напряжения управления Uуном, в результате чего, его работа включает в себя чередующиеся периоды разгона и торможения. Если эти периоды малы в сравнении с полным временем разгона и остановки ротора электродвигателя, то угловая скорость ротора не успевает к концу каждого периода достичь установившихся значений, и установится некоторая средняя угловая скорость ωcp. Значение ωcp при неизменяющихся моменте, нагрузки и напряжении возбуждения непосредственно определяется относительной продолжительностью импульсов ε:ε=tи/Tи, (5.1)где tи- длительность импульса; Ти - период.С увеличением относительной продолжительности импульсов (рисунок 1, ε'>ε) угловая скорость ротора возрастает ( ω'cp> ωcp).В периоды паузы tп ротор обязательно должен тормозиться. Если это условие не будет выполнено, то угловая скорость ротора при любом значении будет непрерывно увеличиваться, пока не достигнет значения угловой скорости х.х., так как во время импульса угловая скорость будет нарастать, а во время паузы – оставаться почти неизменной.С возрастанием частоты управляющих импульсов амплитуда колебаний скорости уменьшается; среднее значение угловой скорости остается при этом неизменным.[10]Принципиальные схемы импульсного регулирования показаны на рисунке 22.Рисунок 22 – принципиальные схемы импульсного регулированияЕсли к валу электродвигателя прилагается статический момент нагрузки, который приводит к механическому торможению электродвигателя во время паузы, то возможно применить схему (рисунок 22, а), в которой ключ К, в течение одной части цикла подключает якорь электродвигателя непосредственно к источнику питания, создавая положительный момент (разгон), в течение же другой части – отключает якорь от источника питания (торможение). Если электродвигатель работает бес или с маленькой статической нагрузкой, то можно применитьэлектрическое торможение (динамическое или противовключением) во время паузы. Например, в схеме (рисунок 22, б) ключ К, переключает в периоды паузы якорь на сопротивление Rд для реализации динамического торможения. В качестве основных элементов в современных схемах применяются тиристоры или транзисторы; контактные электромагнитные реле, в результате их низкого быстродействия, практически не применяют.Далее рассмотрим регулировочные и механические характеристики исполнительного ДПТ при импульсном управлении с торможением за счет статического момента сопротивления Mст на валу (рисунок 22,а). Под механической характеристикой при импульсном управлении понимают связь средней угловой скорости от среднего значения момента при неизменяющейся относительной продолжительности импульсов ε. Под регулировочной характеристикой понимают связь средней угловой скорости ротора электродвигателя от относительной продолжительности импульсов ε при неизменяющемся среднем моменте на валу электродвигателя. [4]В зависимости от параметров электродвигателя, схемы управления и момента нагрузки, возможны два основных режима работы двигателя: режим прерывистого тока и режим непрерывного тока.Режим прерывистого тока определяется тем, что ток якоря течет во время импульса, а в течение основного времени паузы tп равняется нулю. Такой режим может появиться в схеме (рисунок 22, а) при τя < Tи (τя-электромагнитная постоянная времени обмотки якоря). Уравнение механических и регулировочных характеристик в относительных единицах имеет вид:ωcp*=1 – Mcp*/ε(5.2)Механические характеристики – линейные и берут начало из одной общей точки х.х.; жесткость механических характеристик уменьшается при снижении ε. Регулировочные характеристики – нелинейные; регулирование происходит только при Mcp*=0.Режим непрерывного тока характеризуется тем, что во время паузы tп снижающийся ток якоря iя продолжает протекать по якорю в том же направлении, что и вовремя tи.Такой режим может произойти при регулировании по схеме (рисунок 22, а) при Tи << τя.При отключении ключа К (пауза tп) ток якоря начинает снижаться. Возникнет ЭДС самоиндукции якоря, стремящаяся поддержать в цепи ток предыдущей направленности. Направление ЭДС самоиндукции такое, что диод Д окажется открытым и через него замыкается цепь для тока якоря iя.При малой амплитуде колебаний мгновенной угловой скорости ток якоря iя и момент Mэм изменяются незначительно, и уравнение механических и регулировочных характеристик в относительных единицах имеет вид:ωcp*=ε –Mcp*, (5.3)Механические и регулировочные характеристики будут иметь такой же вид, как и при непрерывном якорном способе управления с заменой α на ε. Как видно, закон регулирования угловой скорости в режиме непрерывного тока получается линейным.В реальных схемах импульсного управления режим работы двигателя в одном диапазоне моментов и угловых скоростей ближе к режиму непрерывного тока, в другом – к режиму прерывистого тока.Механические и регулировочные характеристики для этого случая представлены на рисунке 23. Граница перехода из одного режима в другой показана пунктирной линией (механические характеристики,рисунок 23,а). С целью обеспечения линейности регулировочных характеристик (рисунок 23,б) диапазон прерывистых токов стремятся уменьшить.Рисунок 23 – механические и регулировочные характеристикиОсновные преимущества импульсного метода управления – это меньшее значение средней потребляемой электродвигателем мощности; возможность управления при нерегулируемом источнике постоянного тока.[6]ЗАКЛЮЧЕНИЕЭлектропривод – основной механизм, который применяется при автоматизации и механизации производственных процессов. Применение электродвигателей позволяет заменить труд человека на механизированный в самых разных областях, исключает использованиепередаточных механизмов, так как электродвигатель может быть выполнен в едином корпусе с исполнительным механизмом и широким диапазоном мощностей. Применение автоматизированного электропривода увеличивает производительность труда не только за счет высвобождения рабочих рук, но и за счет повышения скорости выполнения операций и мощности производственных агрегатов, снижения времени простоев оборудования и обеспечения оптимизации технологических процессов.В данном реферате были рассмотрены вопросы, связанные с автоматизированным электроприводом и его управлением. В первой главе было произведено исследование конструкции и принципа действия коллекторных машин постоянного тока; исследование конструкция и принципа действия бесколлекторных машин постоянного тока. Во второй главе были изучены вопросы, связанные с регулированием угловой скорости ДПТ изменением напряжения источника питания; регулирования угловой скорости ДПТ изменением сопротивления якорной цепи; регулирование угловой скорости ДПТ изменением потока возбуждения. В третьей главе были изучены вопросы, связанные с управляемыми выпрямителями; управление электродвигателем в системе «управляемый выпрямитель-двигатель». В четвертой главе изучили вопросы, связанные с понятием о координате электропривода; способах регулирования координат электропривода; критериях оценки качества регулирования. В пятой главе изучили вопрос, связанныйс импульсным методом регулирования угловой скорости электродвигателя.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1) Автоматизация систем тягового электропривода и электроснабжения. – Сб. научн. трудов. №238. М.:Моск. энерг. ин-т. 2000. – 122 с.2) Водовозов В.М. Теория и системы электропривода. – Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2004. – 306 с.3) Волков, М. А. Управление техническими и технологическими системами [Электронный ресурс]: учеб. пособие / М. А. Волков, А. Ю. Постыляков, Д. В. Исаков; М-во науки и высшего обр. РФ; ФГАОУ ВО «УрФУ им. первого Президента России Б.Н. Ельцина», Нижнетагил. технол. ин-т (фил.). – Нижний Тагил: НТИ (филиал) УрФУ, 2019. – 249 с.4) Дементьев Ю. Н., Чернышев А. Ю., Чернышев И. А. Электрический привод: учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2010. – 232 с.5) Драчев Г.И. Теория электропривода: Учебное пособие по типовым расчетам для студентов заочного обучения спец. 180400. – Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2002.– 85 с.6) Кацман, М. М. Электрический привод: учебник для студентов СПО / М. М. Кацман. – Москва: Издательский центр «Академия», 2014. – 384 с.7) Ключев В.И. Теория электропривода. - М.: Энергоатомиздат, 2008. – 704 с.8) Онищенко Г. Б. Автоматизированный электропривод промышленных установок / под ред– М.: РАСХН-2006. – 520 с.9) Усынин Ю. С. Системы управления электроприводов: учебное пособие. – 2-е изд., испр. и доп. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004. – 328 с.10) Шрейнер, Р. Т. Системы подчиненного регулирования электроприводов. Ч. 1. Электроприводы постоянного тока с подчиненным регулированием координат. – Екатеринбург: РГППУ, 2008. – 279 с.