Меню

Электропривод переменно переменного тока

ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ПРОМЫШЛЕННЫХ СЕРИЙ

Выпускают серийные электроприводы с асинхронными двига­телями, реализующие следующие способы регулирования частоты вращения: ПМС и ПМСМ с муфтой скольжения; ТСУ-Р с изме­нением напряжения статора; ТПЧ, ЭКТ, Размер 2М-5-2 с частот­ным регулированием частоты вращения.

Определение направления вращения осуществляется в зависи­мости от того, с какого канала датчика положения первым при­ходит импульс обратной связи. Например, при движении вперед (рис. 49,6, слева — направо) первым появляется импульс кана­ла fi и на выходе D26/6 появляется 1. При этом на D29/3 — 0. Если первым будет импульс /г, то на выходе D26/6 будет 0, а на D28/3 — 1.

Узел КСО при работе в следящем режиме предназначен для преобразования сигнала задания в импульсной форме в анало­говый сигнал, пропорциональный скорости слежения. Этот сигнал подается на вход усилителя скоростного контура ЭТЗИ для ком­пенсации величины рассогласования между заданной частотой вращения и фактической ее величиной. С ростом частоты враще­ния эта ошибка возрастает и сигнал КСО также должен соответ­ственно возрастать. Узел работает в обоих направлениях/ Он со­стоит (рис. 50,а) из логических микросхем D30. D33 и узла ин­тегрирования (V92, 1/93, All и А12).

С целью снижения пульсаций в выходном напряжении инте­гратора импульсы задания расширяются с помощью схемы сов­падения D31 и счетчиков D32 и D33, заполняемых импульсами частотой 500 кГц. Для этого между выходами D32, D33, D31/3, 4, 5 устанавливаются перемычки. Диаграмма преобразования им­пульсов приведена на рис. 50, б.

Работа привода «Вперед»: при включении привода на D31/12 и D31/8 по 1 (цепь R112, С61). Транзисторы V92, V93 открыты, на выходе А11/10 нулевое напряжение. Сформированные в ПИ на D30/1—1, а на D30/12 — 0. V93 закрывается, С53 начинает заряжаться (рис. 50,6). Счетчики D32, D33 работают в режиме «Сложения до заданного кода», обусловленном положением пе­ремычек на входах схемы совпадения D30J3, 4, 5. В момент сов­падения на D31I6 — 0, на D31/8—1. V93 открывается и С53 на­чинает разряжаться. Выходное напряжение All/Ю показано на рис. 50, б.

В режиме «Назад» наоборот — V93 открыт, a V92 закрывает­ся с частотой импульсов задания. Усилитель А12 служит для ин­тегрирования выходного напряжения В режиме позиционирова­ния КСО отключается путем установки перемычки.

Отработка сигналов рассогласования производится следующим образом. На выходе двух каналов, состоящих из счетчиков (см. рис. 48) D11. D13 и D17. D19, включен фазовый дискримина­тор (D14, D7, D15), который измеряет фазовый сдвиг сигнала одного канала относительно другого (после соответствующего переполнения счетчиков). Минимальная величина сдвига 0,5 мкс, максимальная — 0,5 мс (исходя из частоты тактирования 2 мГц).

Возможны два случая работы дискриминатора: импульсы за­дания отсутствуют (или совпадают с импульсами обратной связи) и существуют. Рассмотрим случай, когда импульсы задания отсут­ствуют или совпадают с импульсами обратной связи (см. рис. 49). Сигналы тактирования частотой 2 мГц подаются на входы 14

Если между двигателем переменного тока и рабочим механиз мом установить электромагнитную, муфту (рис. 52), то такое уо тройство может обеспечить плавное изменение частоты вращени механизма. Муфта может только уменьшать частоту вращения Как же это происходит? Как и любая муфта, она состоит из двуз основных частей: ведущей 1 и ведомой 2. Ведущая часть (якоры соединена с валом двигателя и имеет неизменную скорость вра щения, равную номинальному значению частоты вращения дви гателя. Конструктивно она выполнена в виде стального цилиндра с толстыми стенками. Внутри цилиндра расположена ведомая часть — зубчатый индуктор, представляющий собою магнитнукэ систему с кольцевой катушкой возбуждения 3. Питание катушки постоянным током катушки обеспечивается скользящим токопод водом 4, состоящим из щеток и токоведущих колец.

Возбуждаемый постоянным током катушки магнитный поток создает круговое магнитное поле, вызывающее электромагнитное «сцепление» ведомой и ведущей частей муфты.,В зависимости от тока возбуждения степень сцепления или частота вращения ве­домой части изменяется от нуля до максимума. Для оценки час­тоты вращения ведомой части введено понятие скольжения s = = (ид—и)/ид, где Ид — частота вращения двигателя; п — частота вращения вала ведомой части муфты. Величина s характеризу­ет снижение частоты вращения ведомой части муфты относитель­но ведущей. Скольжение муфты зависит от тока возбуждения и момента нагрузки, что дает возможность на входном валу муфты при постоянном моменте нагрузки получить плавное изменение частоты вращения соответствующим изменением тока возбужде­ния. При увеличении момента нагрузки и неизменном токе воз­буждения частота вращения ведомой части муфты падает. При этом увеличивается скольжение и величина индуктированной в ведущей части муфты ЭДС, что приводит к росту момента муфты. Новое равновесие момента муфты и момента нагрузки наступает при более низкой частоте вращения. Следовательно, механические характеристики муфты значительно зависят от нагрузки. Повы­шение жесткости механических характеристик достигается при-

ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ПРОМЫШЛЕННЫХ СЕРИЙ

Рис. 52. Электромагнитная муфта скольжения:

1 — ведущая часть; 2 — ведомая часть; 3 — катушка возбуждения; 4 — токоподвод

Иенением различных устройств для автоматического изменения Тока возбуждения.

Энергетические характеристики муфты скольжения.

Как и в любом устрой — Втяс, где изменение скорости осуществляется за счет изменения скольжения, в Муфте имеются потери на скольжение, оказывающие влияние на ее параметры. Возникновение потерь на скольжение можно объяснить следующим образом. Рабочие диаметры ведущей и ведомой частей муфт можно считать одинаковы­ми, а передаточное отношение приблизительно равно единице. Ведущая и ведо­мая части муфты передают один и тот же момент, однако за счет разности скоростей вращения мощности передаваемые обеими частями муфты неодинако­вы. Если при одном и том же моменте мощность» (кВт) ведущей части состав­ляет Рвед = Мидв/975,то мощность ведомой части Рведом=Л^гавед/975. Величину Явед можно выразить через скольжение: РВеД = Л4пдв(1— s)/975.

Разность между передаваемыми мощностями обеих частей муфты

ЯВед—Рведом = Мядв8/975. Очевидно, эта разность и является мощностью по­терь на скольжение. Мощность потерь расходуется на нагрев активной поверх­ности якоря. Нагрев якоря быстро растет с увеличением скольжения благодаря росту тепловых потерь. Действительно, при увеличении скольжения увеличи­вается наводимая в якоре ЭДС, что вызывает увеличение вихревых токов.

Кроме того, благодаря действию поверхностного эффекта с увеличением скольжения увеличивается активное сопротивление якоря. В результате потери,

пропорциональные/|£?я, резко возрастают, вызывая увеличение нагрева якоря.

Идеальный КПД муфты г|м =———- —:— — 1 — s. С учетом КПД двигателя

Им ^дв Не­полученное выражение показывает, что КПД уменьшается с увеличением скольжения. В отличие от КПД коэффициент мощности такого привода зави­сит от передаваемого момента. Если приводным двигателем является асинхрон­ный короткозамкнутый двигатель, то при номинальном моменте нагрузки cos ср будет наибольшим независимо от скольжения муфты. Это объясняется тем, что в данных условиях независимо от скольжения муфты двигатель потребляет из сети требуемую мощность. Мощность потерь на скольжение расходуется на нагрев якоря муфты. При передаче момента менее номинального значения, cos q> привода уменьшается так же, как у асинхронного двигателя.

Представляют интерес энергетические показатели привода с муфтой сколь­жения, работающей в режиме постоянного момента нагрузки, т. е. Pn—^kn (рис. 53, а), в режиме вентиляторной нагрузки Pu = kn3 (рис. 53,6), в режиме постоянной мощности Р=const (рис. 53, в). Кривые показывают, что абсолютные потери при вентиляторной нагрузке не превышают 17% от максимальной мощ­ности, передаваемой муфтой, поэтому для данного случая целесообразны муфты

ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ПРОМЫШЛЕННЫХ СЕРИЙ

Рис. 53. Энергетические характеристики привода с муфтой скольжения

ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ПРОМЫШЛЕННЫХ СЕРИЙ

большой мощности (до 100 кВт) с применением интенсивного охлаждения яко­ря. Для работы в режиме постоянного момента из-за потерь на скольжение муфты больших мощностей нецелесообразны. Муфты для длительной работы в таком режиме ограничены мощностью 3—4 кВт. В повторно-кратковременном режиме или в режимах, когда работа происходит при малых скольжениях, мощ ность муфт, работающих при постоянном моменте, может быть повышена.

Бесступенчатый электропривод серии ПМС с асинхронным электродвигателем, электромагнитной муфтой скольжения и цен­тробежным регулятором частоты вращения. Регулируемый элек­тропривод серии ПМС предназначен для бесступенчатого регули­рования частоты вращения рабочего механизма в диапазоне до 1 :8. Привод серии ПМС применяется в металлорежущих и дере­вообрабатывающих станках, в узлах различных машин, где тре­буется регулирование частоты вращения при постоянном предель­ном значении момента. Приводы серии ПМС предназначены для работы в стационарных условиях на высоте не более 1000 м над уровнем моря, при температуре окружающего воздуха не выше 35 и не ниже 5° С. Для работы в химически агрессивной, взрывоопас­ной и токопроводящей среде приводы серии ПМС не рассчитаны.

Отклонение частоты вращения привода, вызванное изменением напряжения сети в пределах от +5 до —15% номинального зна­чения при неизменной нагрузке, составляет 1 % на каждый про­цент изменения напряжения сети. Отклонение частоты вращения от заданной, вызванное изменением нагрузки в пределах от 0,25 Мном до. Мном, не превышает 20%. Серия ПМС имеет шесть исполнений.

Так как естественные механические характеристики привода являются мягкими, в приводе серии ПМС применяется замкнутая

Читайте также:  Ток утечки s max

ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ПРОМЫШЛЕННЫХ СЕРИЙ

Рис. 54. Схема регулирования частоты вращения центробежным регулятором 96

ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ПРОМЫШЛЕННЫХ СЕРИЙ

Рис. 55. Конструкция электроприводов серии ПМСМ

система автоматического регулирования частоты вращения с цен­тробежным регулятором. Принцип работы привода поясняется электрической схемой (рис. 54). При включении выключателя 5 начинает вращаться асинхронный электродвигатель 9 вместе с якорем 8 муфты скольжения, жестко соединенным с валом элек­тродвигателя. В начальный момент контакты центробежного ре­гулятора частоты вращения 7 замкнуты и катушка возбуждения 11 питается максимальным постоянным током через щетку 1 от трансформатора 3 и выпрямителя 2, первичная обмотка которого подключена к сети через резистор 4.

Индуктор 10 муфты начинает вращаться. По мере нарастания частоты вращения магнитной системы увеличивается центробеж­ная сила, действующая на якорь регулятора. Когда осевая состав­ляющая центробежной силы станет больше силы пружин якоря, контакты регулятора размыкаются и вводят в первичную обмотку трансформатора резистор 6. Ток возбуждения муфты падает, ско­рость индуктора муфты уменьшается, что приводит к понижению центробежной силы и в связи с этим к повторному замыканию контактов регулятора. Частота вращения ведомой части муфты вновь начинает увеличиваться и т. д. Регулятор имеет частоту за­мыканий и размыканий контактов от 10 до 40 циклов в секунду.

Комплектный регулируемый электропривод серии ПМСМ.

Элек­троприводы серии ПМСМ отличаются от приводов серии ПМС наличием полупроводникового регулятора вместо центробежного. Они выпускались восьми типоисполнений с рядом крутящих мо­ментов от 1,7 до 30 Н-м (в настоящее время от 6 до 30 Н-м). В комплект поставки входит агрегат электродвигатель — муфта, блок питания цепи возбуждения и регулирования ПМСУ, тахо­генератор ТМГ-ЗОП и задатчик скорости ПС.

Агрегат электродвигатель — муфта приводов (конструкция 1,. 2 и 3-го видов) типов ПМСМ-1,7, ПМСМ-4 и ПМСМ-6 показане на рис. 55, а. Короткозамкнутый асинхронный электродвигатель 1 трехфазного тока соединяется с корпусом 2 электромагнитной муфты скольжения болтами. В корпусе располагаются ведущая часть муфты — якорь 3 и ведомая часть ■—■ магнитопровод 5. По­следняя состоит из двух зубчатых половинок и катушки 4. Магни­топровод отделен от якоря воздушным зазором около 0,3 мм.

Якорь, изготовленный из стали марки Э12, представляет собой’ полый цилиндр с массивными стенками. Для соединения его с ва­лом двигателя имеется ступица. Якорь крепится на валу двига­теля шпонкой и винтом. На ступицу насажен шариковый под­шипник 11, наружное кольцо которого служит опорой для маг — нитопровода муфты. Второй опорой является подшипник 10, за­крепленный во фланце 6 корпуса муфты. Фланец соединяется с корпусом муфты винтами. Выходной вал 9 жестко закреплен в-: магнитопроводе шпонкой и стопорным винтом. Для смазки под­шипников вал снабжен каналом и пресс-масленкой. Катушка пи­тается через скользящий контакт, состоящий из токоведущего’ кольца 8, закрепленного на текстолитовом основании и медно­графитовой щетки 7, расположенной в текстолитовом корпусе.

С целью увеличения теплоотдачи наружная поверхность якоря’ снабжена 24 поперечными ребрами охлаждения, в корпусе муфты имеются вентиляционные окна, закрытые решетчатым кожухом.. Для крепления агрегата к основанию приводимого механизма служат шесть отверстий. Точная фиксация муфты производится1 двумя коническими шпильками. На выходном валу муфты име­ются шпонка и гайка, навинчиваемая на конец вала 9, для креп­ления шкива. Шкив имеет две канавки, одна из которых служит для соединения через клиновый ремень с тахогенератором, а дру­гая — с рабочим механизмом. ■

На рис. 55, б показана конструкция привода с электромагнит­ной муфтой скольжения 4, 5 и 6-го видов. Электродвигатель 1 присоединен к корпусу 2 муфты. Рабочие части муфты (индуктор* 5 и якорь 5) выполнены из стали марки Э12 и заключены в кор­пус 2, имеющий лапы для крепления привода. Индуктор разъем­ный, состоит из двух половин, между которыми находится обмот­ка возбуждения 6. На цилиндрической поверхности обеих поло­вин индуктора имеются по восемь зубцов, расположенных таким образом, чтобы зубцы одной половины индуктора находились против впадин другой. Индуктор закреплен на ведомом валу муф­ты, опирающемся на два шарикоподшипника 3 и 9. Для питания’

катушки возбуждения предусмотрены два контактных кольца 4.

j Для большей надежности работы при частых реверсах в при­воде ПМСМ-10 применен асинхронный двигатель с отношением пускового момента к номинальному, равным 2,2. Электродвига­тель фланцевого исполнения крепится к корпусу муфты болтами. Якорь 8 цельноточеный с охлаждающими ребрами, зафиксирован на валу двигателя. Выводные провода катушки проложены вдоль вала к контактным кольцам. Воздушный зазор между индуктором и якорем составляет 0,25—0,3 м№. Выходной конец вала привода имеет шкив 14 с тремя ручьями для клиновых ремней, два которых предназначены для передачи момента ведущему вал| а третий, меньшего диаметра,— для вращения тахогенераторі, Соотношение диаметров малого ручья шкива и шкива на тахо­генераторе 1 : 0,9. *

Тахогенератор типа ТМГ-ЗОП представляет собой электриче­скую машину постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов. На свободном крнце вала тахогенератора насажен шкив для клиноременной передачу от шкива муфты. Блок регулятора ПМСУ состоит из панели питания И съемной панели усилителя, ко­торые электрически соединяются между собой штепсельным разъе­мом, и смонтирован на основании. Задатчик скорости представляет собой ступенчатый потенциометр, собранный на основе ползунко — вого переключателя ПП60-11, на внешней стороне которого при­паяны 58 резисторов. Задатчик крепится на лицевую панель тре­мя винтами М4.

Принципиальная схема системы автоматического регулирова­ния частоты вращения привода серии ПМСМ приведена на рис. 56. Схема представляет собой двухкаскадный усилитель по­стоянного тока с эмиттерной связью (триггер Шмидта), во вто­ром каскаде которого использована схема составного транзистора на VT2 и VT3. Напряжение обратной связи с тахогенератора G по-

ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ПРОМЫШЛЕННЫХ СЕРИЙ

ступает на резистор R1. Стабилизированное опорное напряжение с обмотки трансформатора TV подается на задатчик скорости ПС. В результате сравнения опорного напряжения и напряжения обратной связи на входе транзистора VT1 появляется разностный сигнал AU. Величина опорного напряжения, а следовательно, и частота вращения выходного вала электромагнитной муфты сколь­жения изменяются поворотом рукоятки переключателя задатчика скорости. При нулевом положении переключателя ПС релейный усилитель закрыт вследствие того, что на базу транзистора VTt подается лишь отрицательное напряжение смещения. Если вход­ной сигнал ДU превысит порог срабатывания, транзистор VTt закрывается, a VT2 и VT3 открываются.

В цепь коллектора транзистора VT3 включена обмотка воз­буждения (ОВ) электромагнитной муфты скольжения. Как толь­ко откроется транзистор VT3, по обмотке ОВ начнет протекать ток и частота вращения выходного вала муфты увеличивается до момента, когда сигнал ДU поменяет знак, транзистор VT1 откро­ется, a VT2 и VT3 закроются и муфта начнет тормозиться под действием нагрузки. Далее все повторяется сначала. Обмотка возбуждения муфты питается от двухполупериодногО выпрямите­ля, собранного на диодах V8 и V9 вторичной обмотки трансфор­матора TV. Напряжение смещения поступает с другой обмотки трансформатора TV. Выпрямленное напряжение смещения сгла­живается емкостями Cl, С2. Для защиты транзистора VT3 от не­допустимых перенапряжений, возникающих в момент отключения тока через обмотку, последняя шунтируется диодом V7. Для за­щиты от коротких замыканий служит предохранитель FU на 4 А.

Источник



IV. Электропривод переменного тока и шаговый электропривод для станков с ЧПУ

9. Электропривод переменного тока с асинхронными двигателями

Асинхронные короткозамкнутые двигатели широко применяются в машиностроении. Из всех исполнительных двигателей они имеют самую простую конструкцию, очень технологичны, дешевы, ремонтнопригодны и выпускаются в больших количествах.

В течение многих лет этот двигатель считался нерегулируемым, поскольку регулировать его скорость можно только путем изменения частоты питающего напряжения.

С развитием полупроводниковой преобразовательной техники появилась возможность создания преобразователей частоты и регулируемого электропривода на их основе с очень высокими технико-экономическими показателями.

Работа асинхронного двигателя основана на принципе вращающегося магнитного поля.

Частота вращения поля зависит от частоты сети fc и числа пар полюсов p:

Если частота сети уменьшается, вращение поля, а вместе с тем и двигателя замедляется; если увеличить частоту сети, то и двигатель станет вращаться быстрее.

Частота вращения ротора двигателя (или просто двигателя) не совпадает с частотой вращения магнитного поля. Она всегда несколько меньше. Для определения частоты вращения двигателя служит такая формула: где s — скольжение. Скольжение зависит от нагрузки на двигатель. При увеличении нагрузки скольжение также увеличивается, однако величина его в диапазоне рабочих нагрузок остается малой. При номинальном моменте скольжение составляет 0,03-0,05.

Для изменения скорости асинхронного двигателя меняют частоту напряжения, питающего его статорные обмотки. В том случае, если напряжение меняется прямо пропорционально частоте (магнитный поток остается примерно постоянным), регулировочные характеристики выглядят так, как это показано на рис. 31, а. В этом случае критический момент остается неизменным. Если напряжение не изменяется, то характеристики имеют вид, представленный на рис. 31, б. Тогда критический момент изменяется, но остается примерно постоянной мощность. Основные аналитические соотношения указанных методов регулирования приводятся ниже.

— номинальные момент, скорость и скольжение соответственно, — критические моменты и скольжение, — пусковой момент»>
Рис. 31. Механические характеристики асинхронного двигателя: а — при регулировании с постоянным моментом, б — при регулировании с постоянной мощностью; — номинальные момент, скорость и скольжение соответственно, — критические моменты и скольжение, — пусковой момент

Читайте также:  Как строить диаграммы трехфазного тока

При регулировании с постоянной перегрузочной способностью справедливо равенство, связывающее напряжение и частоту питания:

где — напряжение, частота питающей сети и момент двигателя в номинальном режиме; — те же параметры в режиме, отличном от номинального.

Следовательно, напряжение на статоре двигателя должно изменяться не только в зависимости от частоты питающей сети (т. е. в зависимости

от желаемой частоты вращения), но и от нагрузки.

В приводе подачи регулирование скорости производится с постоянным максимально допустимым моментом нагрузки и закон изменения напряжения упрощается:

Семейство механических характеристик при регулировании с постоянным моментом представлено на рис. 31, а.

В приводе главного движения требуется регулирование скорости с постоянной максимально допустимой мощностью. В этом случае момент изменяется обратно пропорционально частоте вращения, и тогда зависимость между частотой питающей сети и напряжением будет выражена так:

Семейство механических характеристик при регулировании с постоянной мощностью изображено на рис. 31, б.

Таким образом, законы управления двигателем переменного тока значительно сложнее, чем двигателем постоянного тока.

Преобразователи, применяемые для частотного управления асинхронным двигателем, могут строиться по различным схемам. Наибольшее распространение получил преобразователь, содержащий управляемый выпрямитель и инвертор.

В выпрямителе напряжение переменного тока питающей сети постоянной частоты преобразуется в напряжение постоянного тока величина которого может изменяться (рис. 32, а). В инверторе напряжение постоянного тока преобразуется в напряжение переменного тока требуемой частоты.

Таким образом, в рассматриваемом случае напряжение регулируется в выпрямителе, а частота — в инверторе.

Работа регулируемого выпрямителя ничем не отличается от аналогичного в приводе постоянного тока.

Инвертор представляет собой набор полупроводниковых ключей — переключателей, которые коммутируют обмотки двигателя.

Рис. 32. Принцип частотного управления: а - схема автономного инвертора, б - схема переключения обмотки статора
Рис. 32. Принцип частотного управления: а — схема автономного инвертора, б — схема переключения обмотки статора

Схематично принцип действия инвертора переключения обмоток статора показан на рис. 32, б. Инвертор собран по однофазной схеме; его нагрузкой является одна из трех фаз обмотки асинхронного двигателя. Направление тока в обмотке изменяется с помощью попарно работающих ключей, подсоединяющих ее к выходу выпрямителя на напряжение При работе ключей VT1 и VT4 по обмотке протекает ток, направление которого показано сплошной линией. При работе ключей VT2 и VT3 направление тока меняется на противоположное (пунктирная линия).

При таком способе управления напряжение, прикладываемое к обмоткам статора асинхронного двигателя, имеет форму, существенно отличную от синусоиды, что приводит к повышенному нагреву двигателя и неравномерности его вращения.

Схема трехфазного автономного инвертора «складывается» из трех схем, аналогичных рис. 32, б. Для трехфазного инвертора необходимо шесть ключей. Работа ключей должна строго согласовываться во времени, чтобы напряжения на отдельных обмотках статора были сдвинуты по фазе на 120 0 .

Применяют автономные инверторы напряжения и автономные инверторы тока. Они отличаются не только конструкцией, но и режимом работы.

Автономный инвертор напряжения является источником напряжения, его внутреннее сопротивление должно быть мало и при любой нагрузке его выходное напряжение должно быть постоянным. Свойства автономного инвертора тока близки к источнику тока, ток в нагрузке остается постоянным при любом ее изменении. В настоящее время автономные инверторы напряжения применяют в электроприводах с небольшим диапазоном изменения скорости, а инвенторы тока — при больших диапазонах.

Электроприводы, содержащие инвертор тока, принято называть инверторами с частотно-токовым управлением.

Большинство инверторов с частотно-токовым управлением строится на транзисторах.

Любая величина, изменяющаяся по синусоидальному закону, характеризуется амплитудой, фазой и частотой. Коль скоро она характеризуется величиной и фазой, то можно говорить о векторе. В нашем случае эти понятия применяются к ряду параметров (току двигателя, его магнитному потоку и напряжению, питающему его обмотки) инвертора и двигателя, изменяющихся в процессе регулирования скорости. Система трехфазных токов, протекающих через двигатель, после соответствующих преобразований может быть приведена к двухфазной. Один из векторов этой системы токов совпадает по направлению с вектором потока ротора.

При регулировании скорости с постоянным моментом намагничивающий ток, а следовательно, и поток ротора остаются все время постоянными. В этом случае момент асинхронного двигателя выражается формулой где C — постоянная величина, зависящая от параметров двигателя. Эта формула подобна формуле момента двигателя постоянного тока, а значит, и систему управления приводом при частотно-токовом управлении можно строить так же, как и в приводе постоянного тока. На рис. 33 представлена структурная схема регулируемого электропривода с частотно-токовым управлением. Рассмотрим систему частотного управления приводом.

Рис. 33. Структурная схема электропривода с частотным управлением
Рис. 33. Структурная схема электропривода с частотным управлением

Схема управления содержит регулятор скорости PC и регулятор тока РТ, включенные последовательно. Функция регулятора скорости такая же, как и в приводе постоянного тока,- сформировать сигнал, пропорциональный заданному значению тока. Но в отличие от привода постоянного тока, где для этого достаточно только задать модуль, в приводе переменного тока надо знать модуль, фазу и частоту, так как задается синусоидальный сигнал. Для задания модуля необходимо знать его составляющие Первая составляющая задается внешним устройством, вторая формируется пропорционально величине скольжения. Модуль тока определяется в соответствии с равенством

Эти процедуры производятся в регуляторе вектора тока РВТ.

Для определения частоты тока статора суммируют частоту скольжения ω2, равную частоте тока ротора, и частоту вращения вала двигателя где — число пар полюсов датчика ДП, формирующего этот сигнал. Частоту скольжения ω2 и частоту вращения вала определяют блоками формирования частоты скольжения ФЧС и формирования частоты вращения ФЧВ.

Таким образом, на выходе регулятора вектора тока заданы вектор тока I1 и его частота ω1.

В регуляторе фазных токов РФТ происходит преобразование токов двухфазной системы в токи трехфазной системы (третий ток получается как разность первых двух).

В регуляторе тока РТ заданные токи сравниваются с истинными (по сигналам, получаемым от датчиков тока, установленных в двух фазах); их разность после соответствующих преобразований поступает в преобразователь частоты ПЧ в виде управляющего сигнала.

В соответствии с этим сигналом силовая часть транзисторного преобразователя (на рис. 33 не показан) частоты, работа которого основана на принципе широтно-импульсной модуляции, формирует токи синусоидальной формы требуемой частоты в обмотках асинхронного двигателя. Такой алгоритм управления дает возможность создать регулируемый электропривод с асинхронным двигателем, имеющим высокие статические и динамические характеристики.

Серийно выпускаемое комплектное устройство типа «Размер» состоит из нескольких электроприводов с частотно-токовым управлением, которые устанавливаются в механизмы подач и главного движения. Приводы подач изготовляются на номинальные моменты 7-70 Нм, максимальную частоту вращения 1500 об/мин и имеют диапазон регулирования 10 000; приводы главного движения имеют максимальную мощность 18 кВт и максимальную частоту вращения 4500 об/мин. Полоса пропускания привода составляет 100 Гц.

Источник

Электрические приводы. Виды и устройство. Применение и работа

Электропривод – электромеханическая система, служащая для привода в движение функциональных органов машин и агрегатов для выполнения определенного технологического процесса. Электрические приводы состоят из электродвигателя, устройства преобразования, управления и передачи.

Устройство

С прогрессом промышленного производства электрические приводы заняли в быту и на производстве лидирующую позицию по числу электродвигателей и общей мощности. Рассмотрим структуру, типы, классификацию электроприводов, и предъявляемые к нему требования.

Elektricheskie privody ustroistvo 1

1 — Передний крепеж
2 — Винтовая передача
3 — Концевой датчик
4 — Электродвигатель
5 — Зубчатая передача
6 — Задний крепеж

Функциональные компоненты

Elektricheskie privody ustroistvo 2

  • Р – регулятор служит для управления электроприводом.
  • ЭП – электрический преобразователь служит для преобразования электроэнергии в регулируемую величину напряжения.
  • ЭМП – электромеханический преобразователь электричества в механическую энергию.
  • МП – механический преобразователь способен изменять быстродействие и характер движения двигателя.
  • Упр – управляющее действие.
  • ИО – исполнительный орган.
Функциональные части
  • Электропривод.
  • Механическая часть.
  • Система управления.

Исполнительный механизм является устройством, которое смещает рабочую деталь по поступающему сигналу от управляющего механизма. Рабочими деталями могут быть шиберы, клапаны, задвижки, заслонки. Они изменяют количество поступающего вещества на объект.

Рабочие органы могут двигаться поступательно, вращательно в определенных пределах. С их участием производится воздействие на объект. Чаще всего электропривод с исполнительным механизмом состоят из электропривода, редуктора, датчиков положения и узла обратной связи.

Сегодня электрические приводы модернизируются по их снижению веса, эффективности действия, экономичности, долговечности и надежности.

Свойства привода
  • Статические . Механическая и электромеханическая характеристика.
  • Механические . Это зависимость скорости вращения от момента сопротивления. При анализе динамических режимов механические характеристики полезны и удобны.
  • Электромеханические . Это зависимость скорости вращения от тока.
  • Динамические . Это зависимость координат электропривода в определенный момент времени при переходном режиме.
Классификация

Электрические приводы обычно классифицируются по различным параметрам и свойствам, присущим им. Рассмотрим основные из них.

По виду движения:
  • Вращательные.
  • Поступательные.
  • Реверсивные.
  • Возвратно-поступательные.
По принципу регулирования:
  • Нерегулируемый.
  • Регулируемый.
  • Следящий.
  • Программно управляемый.
  • Адаптивный. Автоматически создает оптимальный режим при изменении условий.
  • Позиционный.
Читайте также:  Почему скутер бьет током
По виду передаточного устройства:
  • Редукторный.
  • Безредукторный.
  • Электрогидравлический.
  • Магнитогидродинамический.
По виду преобразовательного устройства:
  • Вентильный. Преобразователем является транзистор или тиристор.
  • Выпрямитель-двигатель. Преобразователем является выпрямитель напряжения.
  • Частотный преобразователь-двигатель. Преобразователем является регулируемый частотник.
  • Генератор-двигатель.
  • Магнитный усилитель-двигатель.
По методу передачи энергии:
  • Групповой . От одного мотора через трансмиссию приводятся в движение другие исполнительные органы рабочих машин. В таком приводе очень сложное устройство кинематической цепи. Электрические приводы такого вида являются неэкономичными из-за их сложной эксплуатации и автоматизации. Поэтому такой привод сегодня не нашел широкого применения.
  • Индивидуальный . Он характерен наличием у каждого исполнительного органа отдельного электродвигателя. Такой привод является одним из основных на сегодняшний день, так как кинематическая передача имеет простое устройство, улучшены условия техобслуживания и автоматизации. Индивидуальный привод нашел популярность в современных механизмах: сложных станках, роботах-манипуляторах, подъемных машинах.
  • Взаимосвязанный . Такой привод имеет несколько связанных электроприводов. При их функционировании поддерживается соотношение скоростей и нагрузок, а также положение органов машин. Взаимосвязанные электрические приводы необходимы по соображениям технологии и устройству. Для примера можно назвать привод ленточного конвейера, механизма поворота экскаватора, или шестерни винтового пресса большой мощности. Для постоянного соотношения скоростей без механической связи применяется схема электрической связи нескольких двигателей. Такая схема получила название схемы электрического вала. Такой привод используется в сложных станках, устройствах разводных мостов.
По уровню автоматизации:
  • Автоматизированные.
  • Неавтоматизированные.
  • Автоматические.
По роду тока:
  • Постоянного тока.
  • Переменного тока.
По важности операций:
  • Главный привод.
  • Вспомогательный привод.
Подбор электродвигателя

Чтобы приводы производили качественную работу, необходимо правильно выбрать электрический двигатель. Это создаст условия долгой и надежной работы, а также повысит эффективность производства.

При подборе электродвигателя для привода агрегатов целесообразно следовать некоторым советам по:
  • Требованиям технологического процесса выбирают двигатель с соответствующими характеристиками, конструктивного исполнения, а также метода фиксации и монтажа.
  • Соображениям экономии подбирают надежный, экономичный и простой двигатель, который не нуждается в больших расходах на эксплуатацию, имеет малый вес, низкую цену и небольшие размеры.
  • Условиям внешней среды и безопасности подбирают соответствующее исполнение мотора.

Правильный подбор электродвигателя обуславливает технико-экономические свойства всего привода, его надежность и длительный срок работы.

Преимущества
  • Возможность более точного подбора мощности двигателя для электропривода.
  • Электрический мотор менее пожароопасен в отличие от других типов двигателей.
  • Приводы дают возможность быстрого пуска и остановки механизма, его плавного торможения.
  • Нет необходимости в специальных регуляторах питания для электродвигателя. Все процессы происходят в автоматическом режиме.
  • Приводы дают возможность подбора мотора, свойства которого лучше других моделей сочетаются с характеристиками агрегата.
  • С помощью электрического привода можно плавно регулировать обороты механизма в определенных пределах.
  • Электродвигатель может преодолеть большие и долговременные перегрузки.
  • Электропривод дает возможность получения максимальной скорости и производительности рабочего механизма.
  • Электродвигатель дает возможность экономить электричество, а при определенных условиях даже генерировать ее в сеть.
  • Полная и простая автоматизация установок и механизмов возможна только с помощью электроприводов.
  • КПД электромоторов имеет наибольший показатель по сравнения с другими моделями двигателей.
  • Моторы производят с повышенной уравновешенностью. Это дает возможность встраивания их в механизмы машин, делать менее массивным фундамент.

Инновационные электрические приводы все автоматизированы. Системы управления приводом дают возможность рационального построения технологических процессов, увеличить производительность и эффективность труда, оптимизировать качество продукции и уменьшить ее цену.

Технические требования

К любым техническим механизмам и агрегатам предъявляются определенные требования технического плана. Не стали исключением и электроприводы. Рассмотрим основные предъявляемые к ним требования.

Надежность

В соответствии с этим требованием привод должен исполнять определенные функции и заданных условиях в течение некоторого интервала времени, с расчетной вероятностью работы без возникновения неисправностей.

При невыполнении этих требований остальные свойства оказываются бесполезными. Надежность может значительно отличаться в зависимости от характера работы. В некоторых механизмах не требуется долгого времени работы, однако отказ механизма не должен иметь место. Такой пример можно найти в военной промышленности. И другой пример, где наоборот, время службы должно быть большим, а отказ устройства вполне возможен, и не приведет к серьезным последствиям.

Точность

Это требование связано с отличием показателей от заданных. Они не могут превышать допустимые величины. Электроприводы должны обеспечивать перемещение рабочего элемента на определенный угол или за некоторое время, а также поддерживать на определенном уровне скорость, ускорение или момент вращения.

Быстродействие

Это качество привода обеспечивает быструю реакцию на разные воздействия управления. Быстродействие связано с точностью.

Качество

Такая характеристика обеспечивает качество процессов перехода, исполнение определенных закономерностей их выполнения. Качественные требования создаются вследствие особенностей работы машин с электроприводами.

Энергетическая эффективность

Любые производственные процессы преобразования и передачи имеют потери энергии. Наиболее важным это качество стало в применении электроприводов механизмов, приводах значительной мощности, долгим режимом эксплуатации. Эффективность использования энергии определяется КПД.

Совместимость

Электрические приводы должны совмещаться с работой аппаратуры, в которой они применяются, с их системой снабжения электроэнергией, информационными данными, а также с рабочими элементами. Наиболее остро стоит требование совместимости электроприводов для медицинской и бытовой техники, в радиотехнике.

Источник

Регулируемый электропривод переменного тока

Регулируемый электропривод переменного тока может быть использован в системах электрооборудования для более эффективного регулирования скорости вращения двигателей переменного тока различных типов.

Предлагаемая установка содержит электродвигатель переменного тока, статор которого установлен с возможностью непрерывного поворота путем вращения относительно оси ротора и управляющее устройство, содержащее серводвигатель, связанный через трансмиссию однонаправленного действия, например червячный механизм, со статором. Техническим результатом полезной модели является упрощение электропривода и универсальность.

Предлагаемая полезная модель относится к области электрооборудования (электропривода) и может быть использована в системах регулируемого электропривода.

Известен регулируемый электропривод переменного тока, содержащий двигатель переменного тока и преобразователь частоты. С помощью преобразователя частоты регулируется частота напряжения двигателя и его скорость (Чиликин М.Г. Общий курс электропривода М.: Госэнергоиздат, 1951. — 380 с).

Однако, в указанном регулируемом электроприводе необходим преобразователь частоты, мощность которого равна номинальной мощности двигателя.

Кроме того, известен регулируемый электропривод переменного тока с асинхронным двигателем с поворотным статором (Чиликин М.Г. Общий курс электропривода М.: Госэнергоиздат, 1951. — 380 с), являющийся прототипом и содержащий для осуществления регулирования скорости два асинхронных двигателя с фазными роторами, механически связанными на одном валу. Обмотки роторов соединены друг с другом через постоянные резисторы. Статор одного из двигателей установлен с возможностью поворота путем изменения его положения относительно оси ротора на конечный угол в пределах от нуля до 180 электрических градусов. Имеется устройство регулирования скорости двигателей, выполненное в виде серводвигателя и трансмиссии однонаправленного действия, осуществляющее поворот статора одного из двигателей.

Однако, этот электропривод сложен, так как в нем для регулирования скорости необходима установка двух двигателей и блока постоянных резисторов. При этом должны использоваться только асинхронные двигатели с фазным роторам.

Задачей полезной модели является упрощение регулируемого электропривода переменного тока и универсальность.

На чертеже приведена предлагаемая полезная модель, которая содержит статор двигателя переменного тока (1), установленный на подшипниках (2), неподвижную опору (3), ротор двигателя (4), связанный с исполнительным механизмом (5). Имеется устройство, регулирующее скорость двигателя (6), состоящее из серводвигателя (7) и трансмиссии (8) однонаправленного действия, соединяющее серводвигатель со статором двигателя электропривода и выполненной, например, в виде червячного механизма.

Установка работает следующим образом. В исходном режиме серводвигатель (7) не вращает статор двигателя (1) и скорость вращения двигателя электропривода определяется его параметрами и частотой напряжения питающей сети. При необходимости увеличить скорость электропривода с помощью серводвигателя (7) и трансмиссии (8), статор двигателя (1) поворачивают путем вращения с непрерывно увеличивающимся углом поворота в сторону вращения его магнитного поля и ротора (4). При этом увеличивается взаимная скорость поля статора относительно ротора (4) и увеличивается скорость вращения ротора (4).

При необходимости уменьшить скорость электропривода осуществляют поворот статора (1) путем вращения его серводвигателем (7) через трансмиссию (8) с непрерывно увеличивающимся углом против вращения магнитного поля статора двигателя и вращения ротора (4), что приводит к снижению скорости вращения ротора (4).

Таким образом, достигается регулирование скорости электропривода переменного тока.

Происходит упрощение электропривода благодаря применению только одного двигателя (без использования двух двигателей и блока резисторов) и обеспечивается универсальность электропривода за счет возможности применения двигателей переменного тока различных типов (асинхронный с короткозамкнутым или фазным ротором, синхронный).

Регулируемый электропривод переменного тока, содержащий электродвигатель переменного тока со статором, установленным с возможностью поворота относительно оси ротора, устройство регулирования скорости электродвигателя, содержащее серводвигатель, связанный через трансмиссию однонаправленного действия со статором электродвигателя, отличающийся тем, что статор установлен с возможностью поворота путем вращения относительно ротора с непрерывно увеличивающимся углом.

Источник