Реостатное регулирование момента

Значения момента М и скорости w при данной нагрузке Мс на каждом этапе работы электропривода определяются его механической характеристикой. Изменяя параметры и воздействия, от которых зависит механическая характеристика, можно изменять в требуемом направлении момент, развиваемый двигателем при данной скорости, и таким образом регулировать момент электропривода, а также связанные с ним ток силовой цепи и ускорение движущихся масс системы.

Анализируя уравнение статической механической характеристики обобщенного двигателя с линейной механической характеристикой

М=b(w0-w),                                                                   (7.1)

можно заключить, что при данных параметрах отклонения момента от требуемого значения тем больше, чем выше модуль жесткости b. Иными словами, при регулировании момента электромеханическая связь является сильным возмущением, и с точки зрения регулирования момента наиболее эффективны изменения параметров, позволяющих неограниченно уменьшать модуль статической жесткости b. Таким параметром является сопротивление якорной (роторной) цепи двигателя.

Схемы реостатного регулирования момента и тока представлены на рис.7.1,а и б. На рис.7.1,е построены естественная характеристика М=f(w) (прямая 1) и реостатная характеристика 2, соответствующая определенному добавочному резистору в силовой цепи. Точность регулирования момента при характеристике 2 определяется при заданных пределах изменения скорости электропривода Dwmax=wmax-wmin соотношением

Следовательно, при этих условиях относительная точность регулирования момента остается при увеличении Rдоб неизменной, а абсолютные ошибки уменьшаются.

Практически требуется при широких пределах изменения скорости (пуск, реверс) поддерживать изменения момента и тока в заданных пределах от Мmаx=М1 до Мmin=М2 (Imax=I1, Imin=I2).

Для выполнения этого условия требуется ступенчатое или плавное изменение /?доб по мере изменения скорости.

Необходимый закон изменения сопротивления RS=Rдв+Rдоб, обеспечивающий постоянство момента и тока при широких пределах изменения скорости, определяем с помощью (7.1), учитывая, что

где RSе - суммарное сопротивление силовой цепи на естественной характеристике; RSи- то же при введении Rдоб, при этом



откуда при М=М,=const



Следовательно, для поддержания момента постоянным необходимо увеличивать сопротивление силовой цепи в линейной зависимости от скорости по мере ее снижения. Характеристика RSи=f(w) при М=М1=const (прямая 1), естественная механическая характеристика (прямая 2) и характеристика М1=const (прямая 5) построены для двигателя с линейной механической характеристикой на рис.7.2,а. Там же показаны аналогичные характеристики при М=М2=const (соответственно 4 и 5).

Аналогичные характеристики справедливы и для двигателя с последовательным возбуждением для токов якоря I1=const и I2=const (рис.7.2,б).

Графики на рис.7.2 позволяют наглядно оценивать число ступеней регулировочного резистора Rдоб, необходимое для поддержания момента и тока в заданных пределах во время пуска электропривода. Неизменное сопротивление RSи=R1=const обеспечивает поддержание момента в пределах М2<М<М1 при изменениях скорости от 0 до w1 (прямые 7 и 8). При дальнейшем увеличении скорости w>w1 выводится первая ступень резистора R1 и суммарное сопротивление уменьшается до RSи=R2 (прямые 9 и 6) и т. д.

Зависимости RSи=f(w) при М=const (I=const) используются для расчета пусковых сопротивлений, особенно для двигателей с последовательным возбуждением. Значения ступеней сопротивления определяются, как показано на рис.7.2. Одинаковость бросков тока при переключениях Iя=I1 при этом обеспечивается подбором значения I2(М2). Диапазон реостатного регулирования момента и тока ограничен сверху перегрузочной способностью двигателя, а пределы изменения скорости, в которых можно получить заданную точность регулирования, уменьшаются с ростом р, т. е. по мере уменьшения Rдоб. Плавность реостатного регулирования момента и тока в разомкнутой системе невелика. В связи с необходимостью переключений в силовой цепи двигателя получение большего числа ступеней реостата связано с увеличением габаритов коммутирующего устройства.


Однако имеются примеры, когда при высокой требуемой точности регулирования момента в переходных процессах пуска и торможения предусматривают значительное число ступеней реостата и соответствующее увеличение размеров и стоимости станций управления. При этом увеличение габаритов и стоимости станций управления окупается простотой и надежностью данного способа регулирования момента. Высокую плавность реостатного регулирования момента обеспечивают способы автоматического регулирования сопротивления Rдоб в целях поддержания момента. В качестве примера на рис.7.3 представлена функциональная схема релейного автоматического регулирования тока ротора и момента асинхронного двигателя.

В этой схеме в цепь ротора введен выпрямитель В, добавочный резистор Rдоб включен в цепь выпрямленного тока с последовательно включенным сглаживающим реактором Р. Коммутация добавочного резистора производится с помощью вентильного ключа ТК, закрытое и открытое состояния которого определяются выходным напряжением релейного элемента РЭ. На вход релейного элемента подается сигнал, пропорциональный разности задающего напряжения uзт и напряжения обратной связи по току uот

Характеристика релейного элемента приведена на рис.7.3,б: переход от открытого состояния ключа к закрытому осуществляется при сигнале на входе uвх=U3, обратное переключение - при uвх=U0. Как показано на рисунке, эти переключения соответствуют значениям тока



Для анализа электромагнитных переходных процессов, протекающих в схеме, можно воспользоваться схемой замещения, приведенной к цепи выпрямленного тока ротора рис.7.4). Здесь в цепь выпрямленного тока введено сопротивление R'x, учитывающее снижение среднего выпрямленного напряжения, обусловленное коммутацией токов фаз:



а также приведенные к цепи выпрямленного тока активные сопротивления двух фаз статора 2R'1s, ротора 2R2, сглаживающего реактора Rcp, а также его индуктивность Lcp. Сопротивление Rдоб в соответствии со схемой на рис.7.3 шунтировано тиристорным ключом ТК.



Если пренебречь временем переключения ключа, процессы изменения выпрямленного тока при переключениях сопротивления Rдоб описываются для открытого состояния ключа уравнением





а при закрытом ключе