Изменение скорости электродвигателей

Режимы работы электроприводов

В зависимости от изменения скорости электропривода, различают два режима его работы

1. установившийсяили статическийрежим, при котором скорость не изменяется;

2. переходный или динамический режим, при котором скорость изменяется.

Переходный режим может возникнуть в таких случаях:

1. при изменении параметров двигателя, например, при регулировании скорости изменением сопротивления в цепи обмотки якоря;

2. при изменении параметров механизма, например, при изменении подачи насоса;

3. при изменении параметров судовой сети, например, при колебаниях напряжения.

В динамическом режиме, в дополнение к ранее рассмотренным электромагнитному моменту двигателя М и статическому моменту механизма М, на валу двигателя возни-кает дополнительный, т.к. называемый динамический момент М.

Появление этого момента объясняется действием сил инерции всех без исключения движущихся частей электропривода. Например, в электроприводе лебедки динамический момент появляется вследствие инерции якоря электродвигателя, шестерней редуктора, грузового барабана и самого груза.

Динамический момент, возникающий под действием сил инерции, увеличивает время переходных процессов, например, время пуска и остановки электропривода.

Для уменьшения динамического момента в двигателях специального исполнения уменьшают диаметр ротора и одновременно, для сохранения мощности двигателя, увели-чивают его длину. Такие двигатели применяют в электроприводах грузоподъемных меха-низмов. Их применение позволяет сократить время пуска и остановки электропривода, а значит, повысить производительность грузовых лебедок и кранов.

Серии таких электродвигателей называются крановыми (от грузового крана).

Различают два вида изменения скорости электродвигателя:

1. естественное;

2. искусственное.

Под естественным понимают изменение скорости электродвигателя, возникшее врезультате изменения статического момента механизма.

При естественном изменении скорости электродвигатель работает на своей естест-венной механической характеристике.

Под искусственным понимают изменение скорости электродвигателя, возникшее врезультате изменения параметров питающей сети или самого электродвигателя при помо-щи схемы управления электродвигателя.

Под параметрами сети понимают:

1. на постоянном токе – напряжение питающей сети;

2. на переменном токе - напряжение и частота питающей сети.

Под параметрами электродвигателя понимают:

1. на постоянном токе – изменение сопротивления цепи обмотки якоря или парал-лельной (независимой) обмотки возбуждения;

2. на переменном токе - изменение сопротивления цепи обмотки статора или об-мотки фазного ротора.

Если многоскоростной асинхронный двигатель имеет на статоре несколько обмо-

ток (обычно 2….3) с разным числом пар электромагнитных полюсов, то механические характеристики, соответствующие работе двигателя на каждой скорости, являются есте-

ственными.

При искусственным изменении скорости электродвигатель работает на искусст-

венной механической характеристике.

Искусственные механические характеристики предназначены для изменения (регу

лирования) скорости электродвигателя в соответствии с технологическими особенностя-

ми работы механизма. Например, электроприводы грузовых лебедок на постоянном токе могут иметь до 6 скоростей, на переменном токе – обычно 3 скорости.

Следует сделать важное замечание: при работе двигателя на искусственной харак-

теристике одновременно может происходить и естественное изменение скорости электро

двигателя вследствие изменения статического момента механизма.

Например, при выбирании якоря при помощи ЯШУ скорость электродвигателя, работающего на искусственной характеристике вначале может быть большой, а затем, по мере увеличения натяжения якорь-цепи, будет постепенно уменьшаться, вплоть до полной остановки электродвигателя с его переходом в режим стоянки под током.

При естественном изменении скорости возникает процесс саморегулирования элек-родвигателей постоянного и переменного тока.

Динамический момент. Механизмы, длительно работающие с неизменной нагрузкой и постоянной скоростью, в практике встре­чаются редко (некоторые вентиляторы и насосы). В большинстве случаев исполнительные механизмы и их электроприводы работают с меняющейся нагрузкой, регулируемой скоростью, периодически­ми пусками и остановками. При переходе ЭП от одного устано­вившегося режима к другому возникает переходный процесс, когда угловая скорость, момент и другие параметры режима ЭД изменя­ются во времени. Состояние ЭП при переходном процессе назы­вается переходным или динамическим режимом. Без переходных процессов не обходится работа ни одного ЭП. При неустановив­шемся движении изменение скорости вызывает изменение запаса кинетической энергии движущихся частей ЭД и механизма.

На динамическое усилие влияют момент инерции вращающихся частей ЭП и их угловое ускорение. Поэтому при выборе ЭП необходимы электродвигатели и схемы управления ими, которые бы наиболее оптимально удовлетворяли условиям эксплуатации и способствовали уменьшению динамичес­ких потерь.

3, Уравнение движения электропривода

Поведение ЭП при движении зависит от сил и моментов, дей­ствующих в механической части системы электропривод-рабочая машина, и от моментов инерции и масс движущихся частей системы. Все эти параметры взаимосвязаны уравнением движения ЭП, Дви­жение отдельных элементов системы может быть как поступатель­ным, так и вращательным.

Уравнение движения привода дает возможность определить в переходных режимах зависимости момента, тока и скорости от времени, а также провести анализ работы ЭД при неустановившем-

ся процессе и дать рекомендации по его более надежной эксплуа­тации. Особое значение уравнение движения имеет для ЭП, рабо­тающих с частыми пусками и остановками.

4. Приведение вращения элементов электропривода к одной оси

Уравнение движения ЭП в рассмотренном виде справедливо, если оно применяется для системы, состоящей из элементов, вра­щающихся вокруг одной оси с одинаковой угловой скоростью, например для электровентилятора, рабочее колесо которого закре­плено непосредственно на валу ЭД- Однако часто между электро­двигателем и механизмом помещается промежуточная передача -зубчатый редуктор. В этом случае угловые скорости вращающихся элементов электродвигателя, механизма и передачи различны и вращение их происходит вокруг разных осей. Для исследования движения такой системы необходимо составлять уравнения движе­ния для каждого отдельного элемента и, кроме того, учитывать влияние каждого элемента на другой. Практически это весьма затруднительно. Поэтому в таких случаях реальную систему заме­няют простейшей, так называемой приведенной системой, состоящей только из одного элемента, вращающегося со скоростью ротора ЭД вокруг его оси, и оказывающей при этом такое же влияние на режим работы ЭД, какое оказывает на него реальная система.

5. Определение времени пуска и торможения

Рассмотрим влияние моментов инерции на длительность проте­кания процессов пуска и торможения ЭД.

Длительность переходных процессов пуска и торможения находится в прямой зависимости от момента инерции. Чем он больше, тем дольше продолжается разгон ЭД и тем больше время торможения.

Для механизмов, работающих в режимах с частыми пусками и остановками, важно уменьшить длительность переходных процес­сов с целью повышения их производительности. Поэтому для привода этих механизмов применяют специальные, так называемые крановые ЭД, у которых якоря или роторы имеют большую длину и соответственно меньший диаметр, чем у нормальных ЭД той же мощности и такой же номинальной частоты вращения. Вследствие этого при примерно одинаковой массе якоря или ротора момент инерции крановых ЭД, пропорциональный квадрату диаметра инер­ции, в свою очередь пропорционального диаметру якоря или ротора, оказывается меньше на 20-30%, чем у нормальных ЭД, а это способствует уменьшению времени переходных процессов.

Дата добавления: 2013-12-13