Глава 3. Регулирование скорости в электроприводах

Глава 3. Регулирование скорости в электроприводах

Основные понятия

В современном агропромышленном комплексе используется большое количество машин, агрегатов и поточных линий, работающих с различной изменяющейся скоростью. К этой группе относятся машины для приготовления и раздачи кормов, зерноочистительно-сушильные пункты, вентиляционно-отопительные установки животноводческих помещений и плодоовощехранилищ, стенды для обкатки и испытания автотракторных двигателей, металло- и деревообрабатывающие станки, машины для первичной обработки мяса и молока и др.

Так, в металлорежущих станках скорость электропривода должна регулироваться в зависимости от рода обрабатываемого металла, качества резца, размеров обрабатываемых изделий и других факторов. В обкаточных стендах для обеспечения высококачественной обкатки ремонтируемых автотракторных двигателей привод должен обеспечивать плавное регулирование частоты вращения в широких пределах, обладать достаточным моментом при трогании ДВС и обеспечивать режим горячей обкатки. Скоростной режим вентиляционно-отопительных систем в животноводческих помещениях в основном зависит от температуры и влажности воздуха помещения.

Во всех этих установках, как и во многих других, для обеспечения технологического процесса, достижения высокой производительности и требуемого качества необходимо осуществлять регулирование скорости.

Регулирование скорости можно осуществлять механическим и электрическим способами. В настоящее время электрическому регулированию отдается предпочтение, т.к. оно имеет ряд преимуществ по сравнению с механическим регулированием. При электрическом регулировании упрощается кинематическая схема рабочей машины, улучшаются ее технико-экономические показатели.

Регулированием скорости называется принудительное изменение скорости электропривода в зависимости от требований технологического процесса. Понятие регулирования скорости не следует смешивать с естественным изменением скорости, возникающим в электроприводах в силу изменения нагрузки на валу работающей машины. Регулирование скорости осуществляется дополнительным воздействием на приводной двигатель; оно может быть произведено человеком или специальным автоматическим устройством.

Основными критериями, которыми руководствуются при выборе способа регулирования скорости, оценке и сравнении регулировочных свойств электроприводов, являются: 1) диапазон регулирования, 2) плавность, 3) стабильность работы на заданной скорости, 4) направление регулирования скорости (уменьшение или увеличение скорости относительно основной), 5) экономичность, 6) допустимая нагрузка при различных скоростях.

Диапазон регулирования скорости определяется отношением максимальной скорости вращения двигателя w_max к минимально возможной скорости w_min при заданных номинальных значениях тока или момента, или мощности двигателя:

. (3.1)

Обычно диапазон регулирования выражается в числах в виде отношений, например, 2:1; 4:1; 10:1; 20:1 и т.д. Различные производственные машины требуют разных диапазонов регулирования. Например, токарные станки работают с диапазоном регулирования от 4:1 до 120:1 и выше; вертикально-сверлильные от 2:1 до 12:1, фрезерные от 20:1 до 30:1, стенды обкатки ДВС от 2:1 до 2,5:1 и т.д. Современные системы автоматического регулирования скорости электроприводов позволяют получить Д > 200.

Плавность регулирования характеризуется количеством ступеней скорости внутри диапазона регулирования. Число скоростей, получаемых в данном диапазоне, определяет плавность регулирования. Ее можно оценить коэффициентом плавности регулирования, который определяется как отношение двух соседних значений скоростей при регулировании:

, (3.2)

где - коэффициент плавности регулирования; w_i, w_i-1 - угловые скорости соответственно на i-й и (i-1)-й ступенях регулирования.

Чем ближе значение коэффициента j_пл к единице, тем выше плавность регулирования и больше z - число ступеней регулирования. Если =1, то z= .

Стабильность работы на заданной скорости характеризуется изменением скорости при заданном отклонении момента нагрузки и зависит от жесткости механической характеристики. Чем больше жесткость, тем выше стабильность работы электропривода на заданной скорости.

Направление регулирования скорости, т. е. изменение ее от основной величины в сторону уменьшения или увеличения, зависит от способа регулирования привода. Различают однозонное регулирование вниз от основной скорости, однозонное регулирование вверх от основной скорости и двухзонное регулирование, когда регулирование осуществляется как вниз, так и вверх от основной скорости.

Экономичность регулирования характеризуется капитальными затратами на сооружение электропривода и эксплуатационными расходами. Необходимо отметить, что экономически выгодным оказывается такой регулируемый электропривод, который обеспечивает большую производительность и высокое качество продукции при сравнительно малом сроке окупаемости. При оценке экономичности регулируемого электропривода следует принимать во внимание надежность его в эксплуатации, учитывать дефицитность материалов и оборудования, затрачиваемых на сооружение того или иного привода. Существенное значение имеют потери энергии в процессе регулирования.

Допустимая нагрузка двигателя определяется наибольшим значением момента, который двигатель способен развивать длительно при работе на регулировочных характеристиках; зависит она от нагрева двигателя.