Показатели регулирования

Как отмечалось выше, основная функция электропривода состоит в управлении его координатами – скоростью и моментом, т. е. в их прину­дительном направленном изменении в соответствии с требованиями обслуживаемого технологического процесса.

Очень важный случай управления координатами – регулирование скорости или момента, т. е. принудительное изменение этих величин в установившемся режиме в соответствии с требованиями технологиче­ского процесса посредством воздействия на механическую характеристи­ку двигателя. Частным случаем регулирования является поддержание од­ной из координат на требуемом уровне при независимом изменении дру­гой координаты.

Чаще всего регулируемой координатой служит скорость: необходимо изменять скорость транспортного средства в зависимости от условий движения, состояния дороги и т. п., нужно регулировать скорость насоса, чтобы обеспечивать нужный напор в системе водоснабжения, требуется поддерживать на заданном уровне скорость движения жилы кабеля в про­цессе наложения на нее изоляции и т. д.

Понятие регулирование скорости, когда используются разные харак­теристики (рис. 1.12, а), не следует смешивать с изменением скорости, даже значительным, которое вызывается ростом или снижением нагруз­ки и происходит в соответствии с формой данной механической харак­теристики (рис. 1.12, б). В ряде случаев оказывается необходимым регулирование момента. Оно потребуется, например, если нужно качественно укладывать на ка­тушку проволоку, получаемую с волочильного стана, если при буксиров­ке судна на больших волнах надо не допустить обрыва троса и т. п. Далее мы будем, в основном, рассматривать регулирование скорости.

Поскольку регулирование скорости связано с направленным форми­рованием механических характеристик, выделим одну из возможных характеристик в качестве основной. Обычно в качестве основной характеристики принимают естественную характеристику двигателя, соот­ветствующую номинальным значениям определяющих ее величин (на­пряжение, частота, магнитный поток и т. п.) Далее мы будем конкретизи­ровать условия получения естественной характеристики для каждого ти­па двигателя.

Рис. 1.12. Регулирование (о) и изменение {б) скорости

Все другие характеристики, создаваемые в целях регулирования ско­рости, будем называть искусственными. Они могут формироваться раз­ными способами, различающимися как по техническим, так и по эконо­мическим показателям, рассматриваемым ниже.

1. Направление регулирования. Если искусственные характеристи­ки могут располагаться только ниже естественной – это однозонное ре­гулирование вниз от основной скорости; если только выше естественной – однозонное регулирование вверх от основной скорости; если как выше, так и ниже естественной – двухзонное регулирование.

2. Диапазон регулирования – отношение максимальной возможной скорости к минимальной при заданных изменениях момен­та нагрузки (рис. 1.13). Легко видеть, что одинаковым естественным ха­рактеристикам и изменениям момента могут соответствовать сильно различающиеся диапазоны регулирования, что связано с жесткостью ис­кусственных характеристик. С жесткостью характеристик связан также еще один показатель – стабильность скорости на искусственных харак­теристиках. Она может быть низкая (рис. 1.13, а) и высокая (рис. 1.13, б); иногда требуются абсолютно жесткие характеристики (), иногда, на­против, нужны очень мягкие характеристики (регулирование момента).

3. Плавность регулирования: возможность получать искусственные характеристики, расположенные как угодно близко друг к другу, – плав­ное регулирование и, наоборот, возможность иметь лишь несколько фик­сированных характеристик – ступенчатое регулирование.

4. Допустимая нагрузка на искусственных характеристиках – очень важный показатель, определяющий надежность электропривода.

Рис. 1.13. К определению диапазона регулирования скорости

Рассмотрим здесь лишь длительно допустимую нагрузку, которая опре­деляется допустимым нагревом двигателя.

Допустимая нагрузка на естественной характеристике известна по опре­делению – это номинальный момент двигателя М_ном. Для упрощения зада­чи будем считать, пренебрегая изменением теплоотдачи, допустимым током в силовых цепях при любой скорости номинальный ток двигателя I_ном. То­гда допустимый момент для принудительно охлаждаемого двигателя

(1.31)

будет зависеть от магнитного потока двигателя Ф на соответствующей искусственной характеристике. При регулировании с Ф=Ф_ном=const . Грубая оценка (1.31) дает лишь общее представ­ление о допустимых нагрузках и должна уточняться в каждом конкрет­ном случае.

5. Экономичность регулирования оценивается потерями энергии, сопровождающими тот или иной способ регулирования. Иногда эконо­мичность удается грубо оценить, сравнив полезную мощность с потребляемой из сети , т. е. определив потери или вычислив КПД внекоторой характерной точке:

(1.32)

Значительно более серьезные и убедительные оценки экономичности регулирования при сравнении различных способов могут основываться на цикловом КПД

(1.33)

определяемом с учетом конкретных условий работы привода за время цикла t_ц.

6. Затраты на регулирование можно определить как стоимость дополнительного оборудования С_об, используемого для осуществления регулирования. Эффективность затрат в первом приближении удобно оценить сроком их окупаемости

(1.34)

где – цена годового эффекта от использования регулирования.

Так, если взамен нерегулируемого электропривода насоса использу­ется частотно-регулируемый и стоимость дополнительного оборудова­ния – преобразователя частоты 180 000 тг., а экономический эффект за счет сбережения электроэнергии, воды и тепла составляет 252 000 тг/год, срок окупаемости составит

= 45 000/63 000 = 0,7 года.

Приведенные шесть показателей регулирования позволяют сравнивать в главных чертах и сопоставлять различные способы. Очевидно, что идеальным был бы способ, осуществляющий плавное двухзонное регулирование в широком диапазоне с примерно постоянной допустимой нагруз­кой М_доп ~ М_ном, с малыми потерями, при низкой стоимости дополни­тельного оборудования.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Когда и кем разработан первый электропривод?

2. Что являются основными элементами автоматизированного

электропривода?

3. Перечислите классификацию электропривода по способу

распределения энергии и автоматизации.

4. В чем необходимость приведения моментов т сил

сопротивления, инерционных масс и момент инерции?

5. Чем различаются реактивные и активные моменты

сопротивления?

6. Объясните уравнения движения электропривода.

7. Что подразумеваются под механической характеристикой

производственных механизмов и электрических двигателей?

8. В чем заключается различие естественной и искусственной

характеристики двигателей?

9. Перечислите основные показатели регулирования

координат электроприводов

10. Как понимать регулирование скорости вращения

электродвигателей?