2.8. Регулирование скорости электроприводов

2.8.1. Общие положения

Существует огромное количество механизмов, скорость которых должна изменяться в процессе функционирования. Возможны два принципиально различных способа изменения скорости рабочего органа, а именно: путем воздействия на передаточное устройство — коробку скоростей (коробку передач), гидравлическую или электромагнитную муфты и т.д. или на скорость электродвигателя. Первый способ связан с усложнением конструкции передаточного устройства и характеризуется большим временем изменения скорости, громоздкостью, отсутствием плавности регулирования и т.д.

Поэтому наибольшее распространение получил второй способ регулирования скорости.

Регулирование скорости электродвигателя - это ее изменение в соответствии с требованиями, предъявляемыми к электроприводу технологическими условиями, независимо от момента на валу.

Однако в настоящее время в результате возрастания технологических требований к электроприводу по таким показателям, как надежность, точность, быстродействие, энергетическая эффективность, значительно большее распространение получило понятие «регулируемого электропривода» 7, которое связано не только и не столько с управлением скоростью рабочего органа, а имеет более широкий смысл. Регулируемый электропривод – это электропривод, управляемый электроникой.

Даже в тех случаях, когда не требуется изменения скорости механизма, благодаря применению регулируемого электропривода возможно управление потоками энергии, пусковыми моментами, ограничение токов, повышение уровня защиты и диагностики.

Длительное время массовое применение регулируемых электроприводов сдерживалось двумя факторами: малыми мощностями серийно выпускаемых силовых полупроводниковых приборов и сложностью алгоритмов управления, реализуемых в аналоговой или цифровой форме.

Появление тиристоров (в том числе запираемых) и транзисторов на большие токи и напряжения решило проблему статических преобразователей для электроприводов и постоянного, и переменного тока.

Создание однокристальных микроконтроллеров высокой вычислительной мощности позволило преодолеть и второе препятствие.

Поэтому в настоящее время все более настойчивой становится тенденция применения регулируемых электроприводов даже в тех случаях, когда не требуется непосредственного изменения скорости рабочего механизма.

2.8.2. Основные показатели процесса регулирования скорости

Для оценки способов регулирования скорости электродвигателей существует ряд показателей.

Диапазон регулирования (D).

Это отношение максимальной скорости _макс в процессе регулирования к минимальной _мин:

Максимальная скорость ограничивается механической прочностью электродвигателей, а у машин постоянного тока - и условиями коммутации.

Минимальная скорость ограничивается условиями устойчивой работы в статическом режиме при колебаниях статического момента. Это обозначает следующее: в большинстве случаев момент статической нагрузки не является идеально постоянной величиной, а колеблется в некоторых пределах, в результате чего происходит и колебание скорости электродвигателя. На недостаточно жесткой механической характеристике эти колебания могут достичь недопустимо больших величин, вплоть до остановки двигателя. Поэтому регулирование должно производиться только в области характеристик с достаточно высокой жесткостью.

Плавность регулирования. Это разность соседних значений скорости, с уменьшением которой увеличивается плавность.

Экономичность регулирования.

Определяется потерями энергии в процессе регулирования. Обычно это потери энергии, пропорциональные статическому падению скорости, при работе на данной статической механической характеристике.

Капитальные затраты.

Это первоначальные затраты, необходимые для реализации данного способа регулирования. Определяются стоимостью оборудования и монтажных – демонтажных работ.

Из уравнений механических характеристик электрических машин следует, что изменение их скорости возможно при изменении любого параметра якорной, статорной или роторной цепей. Однако по различным причинам (большие потери энергии, снижение критического момента и т.д) некоторые способы регулирования к настоящему времени практически не применяются, и нет каких-либо оснований считать, что возможно их возрождение в ближайшие годы. К таким способам относятся: шунтирование якорей машин постоянного тока, введение добавочных реактивных сопротивлений в статорную цепь асинхронного двигателя и изменение напряжения его питания.

Поэтому в данной работе перечисленные способы регулирования скорости не рассматриваются, а их подробный анализ приведен в 1,2,6.