Обґрунтування і вибір способу регулювання швидкості двигуна

Визначальним при виборі способу регулювання швидкості двигуна є діапазон регулювання, плавність, економічність і точність.

Діапазон регулювання визначають сукупність технологічних процесів, які повинен виконувати виконавчий механізм. Так, в задовольняли верстатах швидкість електропривода необхідно регулювати в залежності від виду оброблюваного матеріалу, геометрії різця, розмірів деталі, що обробляється, чистоти обробки та інших чинників. Швидкість, з якою повинен працювати привод димососа котельної, залежить від якості палива, умов горіння та продуктивності котла. В ліфтах, підйомниках і транспортних механізмах необхідно зменшувати швидкість при підході до зупинки, щоби забезпечити плавну і точну зупинку. У цих та багатьох інших механізмах досягнення високої продуктивності і високої якості роботи забезпечується відповідним регулюванням кутової швидкості двигуна.

Плавність регулювання характеризує стрибок швидкості при переході від даної швидкості до наступної. Вона може бути плавною або ступінчастою. Щоби забезпечити високу гнучкість керування, зазвичай, вибирають плавне регулювання. Ця умова визначає засоби зміни швидкості, тобто тип задавача швидкості.

В цифрових системах керування швидкість може задаватись дискретно. Тому необхідно визначити число швидкостей при заданих діапазоні і плавності (дискретності). Число швидкостей ; діапазон регулювання і коефіцієнт плавності зв’язані між собою залежністю

, /79/

де відношення сусідніх швидкостей.

Залежність /79/ визначає будову задаючого пристрою в системі регулювання швидкості. В проекті студент дає своє обґрунтування.

Економність регулювання визначається вартістю засобів регулювання і втратами енергії при регулювання. Вартість засобів регулювання залежить від вибору способу регулювання швидкості двигуна. Так, вартість засобів регулювання швидкості двигуна постійного струму незалежного збудження зміною напруги на якорі значно вища, ніж регулювання струмом збудження, бо потужність кола збудження складає лише потужності кола якоря. Діапазон регулювання струмом збудження не перевищує 4. Тому при більшому діапазоні вибирають комбіноване регулювання: струмом збудження і напругою на якорі.

При регулюванні швидкості напругою на якорі момент двигуна з незалежною вентиляцією залишається сталим , а потужність зменшується ; при регулюванні струмом збудження потужність стала , а момент зменшується, бо . Отже, вимога виконавчого механізму до зміни моменту двигуна при регулюванні є визначальною при виборі способу регулювання.

Регулювання швидкості шунтуванням обмотки якоря або імпульсним регулюванням опору в колі якоря майже не використовується із-за великих втрат потужності. При сталій напрузі в мережі живлення більш ефективним є широтно-імпульсне регулювання напруги на якорі двигуні.

Найбільш економічним способом регулювання швидкості асинхронних двигунів є перемикання числа пар полюсів обмотки статора в діапазоні при . При цьому можна забезпечити регулювання при або .

При регулюванні напругою живлення критичний момент асинхронного двигуна зменшується пропорційно квадрату відносного зменшення напруги, тобто

, /80/

де і відповідно критичні моменти при зниженій і номінальній напругах.

Плавність регулювання швидкості визначається плавністю регулювання напруги. Плавного регулювання досягають при використанні тиристорного регулятора напруги.

На рис.14 наведені механічні характеристики асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором, із яких видно, що критичне ковзання не залежить від напруги, а жорсткість характеристик зменшується внаслідок великих втрат потужності ковзання в роторі, що обмежує величину допустимого моменту (крива на рис.14). Тому цей спосіб регулювання неекономічний і його використовують лише при невеликій потужності двигуна і короткочасному режимі роботи.

Найбільше ефективним плавним регулюванням швид-кості асинхронних двигунів є регулювання зміною частоти, що витікає із формули

/81/

Але при зміні частоти змінюється магнітний потік двигуна , бо Якщо при зменшувати , то потік буде зростати, що призведе до насичення сталі магнітопроводу і значного збільшення струму, а отже, і нагріву обмоток. При збільшенні частоти вище основної магнітний потік зменшується і зменшується допустимий момент двигуна. Щоби зменшити вплив частоти на економічність регулювання, необхідно відповідним чином одночасно змінювати і напругу. Так, при регулюванні напруги за законом і зменшенні частоти має місце назначене зменшення критичного моменту (рис.15). Щоби при низьких частотах збільшити критичний момент, необхідно знижувати напругу у меншій мірі, ніж частоту.

Щоби при збільшенні частоти вище номінальної забезпечити регулювання швидкості при , необхідно регулювати напругу за законом , а це веде до необхідності збільшення потужності перетворювача в разів.

В замкнених системах регулювання, змінюючи напругу в залежності від частоти і навантаження, можна досягти регулювання в діапазоні і більше. Тому цей спосіб регулювання є найбільше перспективним, особливо при використанні мікропроцесорів для керування перетворювачами частоти.

Регулювання швидкості синхронних двигунів можна здійснювати лише зміною частоти напруги живлення. Змінюючи за відповідними законами напругу і струм збудження, можна добитися економічного регулювання швидкості вниз від основної при і вище основної при .

Перевагами регульованого синхронного привода є абсолютна жорсткість механічних характеристик у всьому діапазоні регулювання і можливість регулювання коефіцієнта потужності.

В проекті відповідно до технічного завдання необхідно коротко задовольняли вибір способу регулювання швидкості з врахуванням механічної характеристики виробничого механізму .

Точність регулювання визначає продуктивність роботи виконавчого механізму: чим вона вища, тим вища продуктивність, бо менше знижується швидкість при збільшенні навантаження. В замкнених системах регулювання вибором відповідних законів регулювання можна забезпечити будь-яку точність.

Точність регулювання зв’язана з діапазоном регулювання: чим більший діапазон, тим вища точність. Тому виходячи із аналізу технологічного процесу адовольняли точність регулювання або її вказують в технічних умовах. Знання її необхідне при розрахунках параметрів системи автоматичного регулювання.

Може бути вимога виконавчого механізму, щоби механічна характеристика була абсолютно жорсткою. Тоді вибирають астатичну систему регулювання.

Отже, всебічний аналіз технологічних процесів, які повинен забезпечити електропривод, і аналіз навантаження при зміні швидкості у всьому діапазоні дозволяють обґрунтувати способи керування двигунами як постійного, так і змінного струму.