Проектування автоматизованого електропривода візка мостового крану (стр. 4 из 8)

Точність регулювання зв’язана з діапазоном регулювання: чим більший діапазон, тим вища точність. Тому виходячи із аналізу технологічного процесу задовольняли точність регулювання або її вказують в технічних умовах. Знання її необхідне при розрахунках параметрів системи автоматичного регулювання.

5. Вибір системи керування електроприводом

Системи керування регульованим електроприводом призначені для стабілізації швидкості з точністю

і обмеження струму двигуна в статичних і динамічних режимах. Системи стабілізації швидкості за типом двигуна і перетворювача поділяються на системи електропривода постійного і змінного струму; за принципом дії - на неперервні (аналогові) і дискретні (цифрові); за принципом регулювання - системи регулювання за відхиленням (статичні і астатичні) і за збуренням, а також комбіновані; за структурою - з сумуючим підсилювачем і підпорядкованим регулюванням координат.

Всі ці системи, зазвичай, доповнюють засобами обмеження струму або моменту двигуна як в статичних, так і в динамічних режимах.

Обґрунтування вибору привода постійного чи змінного струму базується на співставленні їх вартості і економічності роботи, бо за плавністю і діапазоном регулювання вони рівноцінні і дозволяють регулювати швидкість в діапазоні від 10 до 10000 в залежності від потреб виробничих механізмів.

Вартість двигунів постійного струму в 3...4 разів вища вартості трифазних асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором. Вартість же силових перетворювачів приводів постійного струму в 2...3 рази нижча. Більше складною і дорогою є система керування перетворювачами частоти. Оскільки вартість двигуна у вартості привода не перевищує 20%, то регульовані електроприводи постійного струму більш дешеві.

Із перетворювачів змінного струму в постійний найбільш дешевими є перетворювачі з широтно-імпульсною модуляцією. Крім того, вони дозволяють зменшити зону переривчастих струмів.

Біля 60% світового виробництва електричної енергії споживають електродвигуни. Тому економічність роботи (ККД,

) електроприводів є дуже важливою в плані енергозбереження.

Коефіцієнти корисної дії двигунів постійного і змінного струму малої і середньої потужності приблизно однакові. Але ККД перетворювача змінного струму в постійний на 2...3% вищий від перетворювача частоти. На 8 - 10% вищий коефіцієнт потужності приводів постійного струму, бо асинхронні двигуни мають номінальні

Отже, електроприводи постійного струму мають дещо кращі енергетичні показники.

При обґрунтуванні вибору принципу дії систем виходять із їх швидкодії і технологічних вимог щодо координації рухів окремих механізмів. В плані діапазону регулювання аналогові і цифрові системи практично рівноцінні, але цифрові системи мають більшу швидкодію і дозволяють краще забезпечувати взаємозв’язаний рух декількох виконавчих механізмів. Тому їх широко використовують в приводах верстатів з числовим програмним керуванням, в приводах роботів та інших складних машин.

За складністю більш простими є аналогові системи керування. За вартістю при використанні мікропроцесорів та інших засобів мікроелектроніки вони майже рівноцінні.

Інколи для підвищення точності регулювання на низьких швидкостях використовують аналого-цифрові системи.

Сучасні системи стабілізації швидкості проектують на підставі принципу регулювання за відхиленням, тобто з від’ємним зворотним зв’язком. В залежності від величини статичної похибки вибирають статичну

чи астатичну систему. Астатизм системи досягається введенням в контур регулювання інтегруючої ланки.

При необхідності підвищити швидкодію, особливо при ударному навантаженні, проектують комбіновану систему регулювання, яку створюють на підставі принципів регулювання за відхиленням і збуренням.

Зворотні зв’язки в системах регулювання можуть бути різними. Вид зворотних зв’язків визначають діапазон регулювання і їх технічна реалізація. В залежності від діапазону регулювання в системах стабілізації використовують такі зворотні зв’язки:

від’ємний зворотний зв’язок за ЕРС двигуна

;

від’ємний зворотний зв’язок за напругою перетворювача і додатний - за струмом двигуна

;

від’ємний зворотний зв’язок за швидкістю

;

від’ємний зворотний зв’язок за швидкістю і додатний - за струмом двигуна

.

Найбільш дорогим є зворотний зв’язок за швидкістю, бо потрібно використовувати додатково тахогенератор.

При виборі структури системи регулювання - з сумуючим підсилювачем чи з підпорядкованим регулюванням, виходять із простоти налагодження, бо обидві структури можуть забезпечити однакові статичні і динамічні показники роботи. Більш простими в налагодженні є структурні схеми з підпорядкованим регулюванням, бо дозволяють кожний контур налагоджувати незалежно від іншого і це є їх перевагою, але потрібно використовувати більше операційних підсилювачів і тому ці системи дещо дорожчі.

Виходячи з заданого діапазону регулювання Д=55 доцільно вибрати систему стабілізації швидкості зі зворотним зв’язком за швидкістю з сумуючим підсилювачем, оскільки його вартість менша вартості регуляторів швидкості та струму для систем підпорядкованого регулювання. З точки зору економічності оптимальним є електропривод постійного струму з широтно-імпульсним перетворювачем напруги, який дозволяє за рахунок збільшення частоти комутації зменшити величину індуктивності згладжуючого реактора (а відповідно і його вартість).

6. Розрахунки електромеханічних характеристик двигуна і автоматизованого електропривода

Електропривод постійного струму. Натуральна механічна характеристика двигуна постійного струму незалежного збудження описується рівнянням

. /46/

При розрахунках частіше користуються електромеханічною характеристикою, яку одержують з /46/, підставивши

:

. /47/

Формула /47/ є рівнянням натуральної електромеханічної характеристики двигуна (Рис.136).

Електромеханічна характеристика автоматизованого електропривода залежить від його структури.

В регульованому електроприводі живлення двигуна здійснюється від перетворювача електричної енергії (ПЕЕ), в якості якого використовуємо перетворювач з широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ).

Широтно-імпульсні перетворювачі відносяться до імпульсних систем регулювання напруги постійного струму і забезпечують плавне регулювання кутової швидкості двигуна шляхом періодичного під’єднання якоря до джерела живлення і відмикання від нього. В період відмикання двигун продовжує обертатись за рахунок накопичених кінетичної і електромагнітної енергій.

Рис. 5.

Схема живлення двигуна постійного струму від широтно-імпульсного перетворювача показана на Рис.5, а. Вона складається з узгоджуючого трансформатора Т, випрямляча В, зібраного за трифазною нульовою схемою, транзистора VT - електронного вимикача, згладжуючого реактора

і діода VД. Діод VД, шунтуючи коло якоря, утворює коло для струму (Рис.5, б) джерелом якого є ЕРС самоіндукції, яка виникає в колі якоря в період розімкненого стану електронного вимикача. Це створює умови для безперервного протікання струму , що значно зменшує його пульсацію і запобігає виникненню комутаційних перенапруг на транзисторі та на обмотках якорного кола.

Регулювання напруги на якорі досягається змінною тривалості імпульсів

(широтно-імпульсна модуляція) при сталому періоді комутації Т. Середнє значення напруги

де

стала випрямлена напруга; відносна тривалість імпульсу.

Рівняння електромеханічної характеристики

,

де

середнє значення струму, , показує, що змінюючи , можна регулювати швидкість в широкому діапазоні. При цьому жорсткість характеристики не змінюється, за умови неперервного струму якоря. При невеликих струмах запас електромагнітної енергії малий, в період пауз струм якоря знижується до нуля і в кривій струму з’являються паузи - струм стає переривчастим, опір якорного кола зростає і жорсткість електромеханічної характеристики зменшується. Це призводить до зменшення діапазону регулювання швидкості.