ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Відповідно до ГОСТ 16593-79 в області ЕП застосовуються такі терміни та визначення понять [50.1].

Електричним приводом називають електромеханічну систему, що складається з еле – • родвігательного, перетворювального, передатного й керуючого пристроїв, призначену для приведення в рух виконавчих органів робочої машини і керування цим рухом.

Узагальнена структура ЕП показана на рис. 50.1, призначення компонентів і їх реалізація наведено в табл. 50.1. В окремих випадках в цій системі можуть бути відсутні перетворювальне і передавальне пристрою.

Електроприводи поділяються на такі види:

По відношенню числа електродвігательную установок і виконавчих органів робочих машин:

Груповий, що забезпечує рух виконавчих органів декількох робочих машин або декількох виконавчих органів однієї робочої машини;

Індивідуальний, що забезпечує рух одного виконавчого органу робочої машини;

Взаємопов'язаний, що складається з двох або декількох електрично або механічно пов'язаних між собою електроприводів, при роботі яких підтримується задане співвідношення їх швидкостей, навантажень або положення виконавчих органів робочих машин. Взаємопов'язаний ЕП виконується як багатодвигунний, електродвигунні пристрої якого спільно працюють на загальний вал, і як електричний вал, "забезпечує синхронне обертання двох або більше електродвигунів, вали яких не мають механічного зв'язку; за характером руху: обертальний, електродвигунні пристроєм якого є обертовий електродвигун;

Лінійний, електродвигунні пристроєм якого є лінійний електродвигун;

За принципом дії електродвігательного пристрою:

Безперервної дії, рухливі частини електродвігательного пристрої якого в сталому режимі знаходяться в стані безперервного руху;

ІЕ

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 50.1. Схема ЕП: ІЕ – Джерело електроенергії; U3 – задає сигнал; U0 с – сигнали зворотних зв'язків

Дискретний, рухливі частини електродвиг-

Таблиця 50.1. Призначення н реалізація компонентів електроприводу

Інші реалізації

Назва

Призначення

Поширені реалізації

Перетворювальне пристрій

Електродвігательную пристрій

Передавальне пристрій

Виконавчий орган

Керуючий пристрій

Перетворення: роду струму (змінний в постійний, постійний в змінний); характеру (джерела напруги в джерело струму і назад); частоти; числа фаз; рівня напруги (струму)

Перетворення електричної енергії в механічну або механічної енергії в електричну

Передача механічної енергії від електродвигуна до виконавчого органу, перетворення виду руху, узгодження швидкостей, моментів, зусиль

Здійснення виробничих і технологічних операцій (обробка виробів, підйом і переміщення вантажів і т. д.)

Управління преосвітнім, електродвигунні і передавальними пристроями

Електромашікний агрегат (двигун-генератор); керований випрямляч на напівпровідникових приладах (тиристорах, транзисторах); перетворювач частоти на напівпровідникових приладах; тиристорний (транзисторний) комутатор Трифазний асинхронний електродвигун з корот – козамкнутим і фазйим ротором; двигун постійного струму (колекторний) з незалежним, послідовним, змішаним порушенням, з порушенням від постійних магнітів

Редуктор; ремінна передача; електромагнітна муфта

Шпиндель токарного верстата; рухомий стіл строгального верстата; робочі валки прокатного стану; гак, грейфер механізмів підйому кранів; кабіна, кліть або скіп підйомників; робоче колесо роторних екскаваторів; центрифуга; стрічка, ланцюг конвеєра

Релейно-контакторні схеми управління; регулятори; підсилювачі; керуючі обчислювальні машини, мікропроцесори, програмовані контролери

Індуктивно-ємнісний перетворювач; магнітний підсилювач

Синхронний і кроковий електродвигуни з електромагнітним збудженням, з порушенням від постійних магнітів, реактивні; лінійні електродвигуни різних типів, лінійно-поворотні, плоскі, сферичні

Пара гвинт-гайка; кри – вошіпно-шатунний механізм

Фреза фрезерного верстата, гвинт натискного пристрою прокатного стану; візок, міст механізмів пересування кранів; ківш механізмів напору, тяги і підйому одноківшових екскаваторів; крильчатка насосів і вентиляторів н ін

Командоаппарати; логічні схеми управління

Гательного пристрої якого в сталому режимі знаходяться в стані дискретного руху;

У напрямку обертання електродвігательного пристрою:

Реверсивний, що забезпечує рух електродвігательного пристрою в протилежних напрямках;

Нереверсивний, що має тільки один напрямок руху електродвігательного пристрої;

За родом струму:

Постійного струму, що має електродвігательную пристрій постійного струму;

Змінного струму, що має електродвігательную пристрій змінного струму; по виду первинного джерела енергії: автономний, що споживає енергію від автономного джерела;

Акумуляторний, що представляє собою автономний ЕП, джерелом енергії якого є акумуляторна батарея;

Теплоелектричний, що представляє собою автономний ЕП, джерелом енергії якого є тепловий двигун;

Дизель-електричний і турбоелектріче – ський, які є теплоелектричними приводами, джерелом енергії яких є дизель-генератор або турбогенератор; за характером зміни параметрів: регульований, параметри якого можуть змінюватися під впливом керуючого пристрою;

Нерегульований, параметри якого змінюються тільки в результаті збурюючих впливів;

По виду перетворювального пристрою (УП):

Вентильний, в перетворювальної пристрої якого застосований вентильний УП. До нього відносяться іонний ЕП – вентильний ЕП з іонним УП – і напівпровідниковий з вентильно-напівпровідниковим УП;

Тиристорний, що представляє собою напівпровідниковий ЕП, в силових ланцюгах УП якого застосовані тиристори;

Транзисторний, що представляє собою напівпровідниковий ЕП, в силових ланцюгах УП якого застосовані транзистори;

Система «керований випрямляч – двигун», що є вентильним ЕП постійного струму, в УП якого застосований регульований випрямляч або реверсивний перетворювач (регульований випрямляч – інвертор);

Система «перетворювач частоти – двигун», що є вентильним ЕП змінного струму, в УП якого застосований регульований перетворювач частоти;

Система «генератор – двигун», що представляє собою регульований ЕП, в перетворювальної пристрої якого застосований електромашинний преосвітній агрегат;

По виконуваних операцій (функцій): неавтоматизований і автоматизований з автоматичним регулюванням параметрів. Автоматизований ЕП ділиться: програмно-керований; стежить, який відпрацьовує переміщення виконавчого органу робочої машини відповідно до довільно мінливим задає сигналом;

Позиційний, призначений для регулювання положення виконавчого органу робочої машини;

Адаптивний, автоматично обирає структуру або параметри системи регулювання при зміні умов роботи;

По виду зв'язків з виконавчим органом робочої машини:

Редукторний, передавальне пристрій якого містить редуктор (у тому числі і вбудований);

Безредукторний, в передавальному пристрої якого відсутня редуктор;

Маховиковим, до складу якого входить маховик;

Електрогідравлічний привід, що має гідравлічне передавальне пристрій.

50.3. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО електроприводів

Механіка електроприводу. Розрахункові схеми механічної частини

Механічну частину ЕП утворюють рухома частина електродвігательного пристрої, передавальне пристрій і виконавчий орган. У загальному випадку вона являє собою складну систему елементів кінцевої жорсткості з різними масами (зосередженими і розподіленими) і швидкостями руху, на які впливають сили і моменти. Крім того, кінематичні ланцюги можуть містити повітряні зазори.

Для аналізу руху механічної частини ЕП здійснюється перехід від реальної кінематичної схеми до розрахункової, в якій маси і моменти інерції рухомих елементів і їх жорсткості, а також сили і моменти, що діють на ці елементи, замінені еквівалентними величинами, наведеними до однієї і тієї ж швидкості.

Умовою відповідності одержуваної розрахункової схеми реальної механічної частини

ЕП є виконання закону збереження енергії.

Процес переходу до розрахункових схем зазвичай називають приведенням, а самі величини – наведеними. Зазвичай виявляється зручним і доцільним здійснювати приведення до швидкості електродвігательного пристрою.

Приведення моментів інерції і мас елементів здійснюється за допомогою формул

• flip k = – h / 'k', J "pi = ЩР * -,

Механізм з обертовими і поступально рухомими елементами має сумарний приведений до валу двигуна момент інерції

N m

= Jm + Z JnPA – + Е i '

К = ii = 1

Де Jk – момент інерції к-го обертового елемента, кг-м2; т, – маса i-ro поступально рухається елементу, кг; Jnpfo Jnp, – приведені (еквівалентні) моменти інерції відповідно до-го і i-ro елементів, кг- м2; ih = (ї / шк – передавальне число кінематичного ланцюга між валом електродвигуна і до-м елементом; ое, оеь – кутові швидкості відповідно вала двигуна і до-го елемента, рад / с (надалі замість терміна «кутова швидкість» вживається термін «швидкість»); Pi = v-Jоз – радіус приведення поступально рухається i-ro елемента до валу двигуна, м; v; – швидкість руху i-ro елемента, м / с.

Приведення моментів і сил, прикладених до к-му або i-му елементу механічної частини ЕП (у тому числі і до виконавчого органу), проводиться за формулами:

При потоці енергії від двигуна до виконавчого органу

Мс = Mkfik гк; Мс = FiPi / ЦГ,

При зворотному напрямі потоку енергії

Мс = Mkrk / ik; Мс = F, Т]; рь

/

Де Мк – момент, прикладений до до-му елементу, Н – м; Ft – сила, прикладена до i-му елементу, Н; Мс – наведений (еквівалентний) момент опору (статичний момент), Н-м; rifo Ti; – ККД кінематичного ланцюга відповідно між до-м або i-м елементом і валом електродвігательного пристрої.

Для пружних елементів в межах закону Гука справедливі співвідношення

Му = з Д <р, Fу = з АI,

Де Дф, Д / – відповідно кутова або лінійна деформація пружного елемента; Му,

Fy – виникають при деформації пружного елемента моменти або сили; с – коефіцієнт жорсткості.

Для пружного стрижня при його розтягуванні або стисненні коефіцієнт жорсткості визначається як з = SE / 1, Н / м, де I – довжина стрижня, м; S – площа поперечного перерізу, м2; Е – модуль упруго'сті розтягування і стиснення, Па.

Для вала при його крученні з = JpG / l, Н – м, де I – довжина стрижня, м; Jp = kR / 2 – момент інерції поперечного перерізу вала, М4; G – модуль пружності кручення, Па.

Приведення жорсткості пружного елемента проводиться за формулами:

С = ckfik – для до-го пружного елемента з жорсткістю с при крученні, Н-м;

С = с, р, 2 – для i-ro пружного поступально рухається елемента з жорсткістю с, при розтягу і стиску, Н-м.

Еквівалентна жорсткість п пружних елементів з жорсткостями сь с2, …, з "складає:

При послідовному з'єднанні

______________________ 1_________.

СЖ "~ 1 / С, +1 / С2 + … + 1 / С. '

При паралельному з'єднанні Секв = ci + с2-+ – ■ +

Піддатливістю пружного елемента називають величину, зворотну жорсткості:

Е = 1 / с.

Приведення кутового ср0 і лінійного 80 зазорів здійснюється за формулами

Ф = Фо'о або ф = 80/р0,

Де i0, р0 – передавальне число і радіус приведення кінематичної схеми між валом двигуна і зазором; ф – наведене значення зазору, радий.

За допомогою наведених розрахункових схем механічної частини ЕП проводиться визначення:

Параметрів усталеного руху

ЕП;

Стійкості усталеного руху;

Характеру протікання перехідних (динамічних) режимів руху.

Важливим поняттям при вирішенні цих завдань є поняття механічних характеристик електродвігательного пристрої (двигуна) і виконавчого органу оз (М) і ое (Мс) [або М (оз) і Мс (ое)], де М і Мс – моменти електродвігательного пристрої та виконавчого органу. На рис. 50.2 і 50.3 показані механічні характеристики деяких електродвігательную пристроїв та виконавчих органів. Основним параметром механічної характеристики є її жорсткість р, яка визначається як похідна моменту по швидкості:

Р = dM / diо; рс = dMJda.

Жорсткість характеристики двигунів постійного струму незалежного збудження Р = const <0, послідовного збудження Р = var <0, синхронного Р = зі, асинхронного Р = var § 0, жорсткість характеристик виконавчих органів може бути позитивною, негативною і рівною нулю.

Більшість реальних кінематичних схем механічної частини ЕП в результаті виконання операцій приведення зводяться до однієї з трьох розрахункових систем: одне – масової, двомасовою і трехмассовой.

Одномасової система, або жорстке наведене механічне ланка, відповідає механічної частини без зазору, що містить

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 50.2. Природні механічні характеристики:

1 – двигуна постійного струму незалежного збудження; -2 – двигуна постійного струму послідовного збудження; 3 – синхронного двигуна; 4 – Асинхронного двигуна

Ш;

/

/

Л

/

Г

К '

Рис. 50.3. Механічні характеристики виконавчих органів: 1 – підйомників; 2 – вентиляторів, відцентрових компресорів і насосів; 3 – горизонтальних конвеєрів і транспортерів

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

W

Рис. 50.4. Розрахункова (а) і структурна (б) схеми одномасової системи

Абсолютно жорсткі, не деформуються елементи.

Розрахункова схема одномасової системи зображена на рис. 50.4, а, а її рух описується рівнянням

. ,, , da оз d J

+ М х Мс = J ———————– 1 ——–,

~ Dt 2 dt

Де J = JaB + J "p – сумарний момент інерції; Jді – момент інерції двигуна.

При J = const рівняння руху має

Вид

± М + МС = J da / dt.

Структурна схема, відповідна цьому рівнянню, наведена на рис. 50.4, б.

При роботі електродвігательного пристрої в руховому режимі М> 0, а при роботі в генераторному режимі М <0. Якщо Мс є моментом опору, перед ним ставиться негативний знак, а якщо рушійним – позитивний. Для найбільш характерного режиму роботи ЕП, коли двигун створює рушійний момент, а виконавчий орган – гальмуючий, рівняння руху набуває вигляду

М – Мс = J da / dt.

Умова усталеного механічного руху

Da / dt = 0 або М = Мс.

Перевірка цієї умови здійснюється за допомогою механічних характеристик двигуна і виконавчого органу, для чого вони поєднуються в одній площині, як показано на рис. 50.5. Точки 1 до 2 перетину цих характеристик відповідають усталеному (рівноважного) руху механічної системи, а координати цих точок юуст1, Мс, 03уСТ2, Мс – параметри цього руху.

Усталений рух буде стійким при р – рс <0.

В точці 2 перетину цих характеристик має місце нестійке рух, при якому Р – рс> 0 і будь-яке, навіть найменше

Ся значення швидкості, рад / с; Тм = J / ф + рс) – електромеханічна постійна часу.

Вираз для зміни моменту двигуна в функції часу має аналогічний вигляд:

-T / т

М = Муст + (Мнач – Муст) е м,

Де Муст = (РСМК – I – [ШсоІР - I - рс) - усталене значення моменту, Н • м.

Час tn n зміни швидкості від оенач до деякого значення оекон або моменту від Мнач до Мкон визначається за формулою.

, rj,, ^ поч ^ вуст т ^ поч ^ вус: л, л = Ті «П --- J ----- = тм1п -.

^ Кон b) yCT! V1 KCj; IVl вуст

Приклад перехідного процесу для випадку Мс = Мс0 = const (Рс = 0) наведено на рис. 50.7.

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 50.5. Визначення усталеного механічного руху відхилення швидкості виводить систему з рівноважного стану. В точці 1 має місце стійкий рух.

Несталий (перехідний) режим буде мати місце при М ф Мс, а його характер визначається видом залежностей М (оз), Мс (ое). Випадки перехідних режимів при залежності Мс від ходу (шляхи) виконавчого органу або часу проаналізовані в [50.10].

1. М = const і Мс = const. Зміна швидкості в часі відбувається у відповідності з наступною залежністю:

Електромеханічна постійна часу в цьому випадку визначається як Тм = J / р == J Дое / ДМ, сталий момент Муст == МСО, а усталена швидкість оеуст == со0 – МСО / Р, де со0 = Мк / р – швидкість, відповідна точці перетину механічної характеристики двигуна з віссю швидкості (швидкість ідеального холостого ходу двига-

Де гонач – початкове значення швидкості при t = 0.

Ця залежність отримана шляхом інтегрування рівняння руху.

Механічні характеристики для випадку М> Мс наведено на рис. 50.6, а, графік зміни швидкості в часі ое (t) – на рис. 50.6, 6.

Час перехідного процесу tn n при зміні швидкості від оенач до деякого значення оекон визначається за формулою

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 50.7. Перехідний процес при лінійних

Механічних характеристиках: а – механічні характеристики двигуна і виконавчого органу; б – графіки швидкості і моменту

_ J (Юкон – Юначе)

2. Лінійна залежність М (ое) і Мс (ое). Перехідний процес описується в цьому випадку системою рівнянь

М – Мс = J da / dt;

М = Мр – Рое;

Мс = Мс0 – рсое,

Де Мк, МСО – відповідно моменти двигуна і виконавчого органу при ое = 0.

Вирішення цієї системи щодо швидкості має вигляд:

Ое = юуст + (оенач – £ оуст) в

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 50.6. Перехідний процес при М = const,

Мс = const, М> Мс: а – механічні характеристики, б – графіки швидкості і моменту

Де оеуст = (Мк – МСО) / (Р + рс) – встановило-

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 50.8. Розрахункова (а) і структурна (б) схеми двомасовою системи

Теля). Більш докладно перехідні процеси для цього випадку розглянуті в [50.2, 50.3].

3. Нелінійні (довільні) механічні характеристики М (ю) і Мс (ш). Для отримання кривих перехідного процесу ш (t) і М (t) необхідно, як і раніше, виконати інтегрування рівняння руху.

Якщо М (<л) і Мс (о)) є аналітично виражені функції, то проводиться суворе математичне рішення (інтегрування). Слід зазначити, що отримуються в цьому випадку аналітичні залежності w (t) і M (t) можуть мати досить складний вид.

Якщо М (ш) та Мс (ю) задані графічно і не мають строго аналітичного виразу, то рішення задачі може йти по одному з двох шляхів:

Апроксимації механічних характеристик (або їх окремих ділянок) і потім інтегрування рівняння руху;

Використання чисельних або графоаналітичних методів інтегрування диференціального рівняння руху. Аналіз перехідних процесів в одномасової системі з нелінійними механічними характеристиками двигуна і виконавчого органу докладно розглянуто в [50.2]. Доцільно при вирішенні таких завдань використовувати засоби обчислювальної техніки.

Багатомасових системи. Розрахункова схема двомасовою системи без зазору з одним пружним невагомим елементом з жорсткістю с, 2 показана на рис. 50.8, а До такої схеми наводяться кінематичні схеми ЕП, не містять суттєвих зазорів і мають один пружний елемент малої жорсткості (довгий вал, довгий канат або трос в підйомних лебідках).

Система рівнянь, що описує рух в цій системі:

М, – МС1 – М, 2 = J1 da> i / dt; М12 – мс2 = J2 da> 2/dt;

Ml 2 = С12 (ф1 – ф2),

Де мь (оь J, – відповідно момент, швидкість і момент інерції першого маси (звичайно двигуна і жорстко пов'язаних з ним елементів кінематичного ланцюга); М12, с12 – пружний момент і приведена жорсткість пружного елемента; <л2, J2 – швидкість і момент інерції Другий масив (зазвичай виконавчого органу і жорстко пов'язаних з ним елементів кінематичного ланцюга); фь ф2 – кути повороту першої та другої мас; МС1, МС2 – моменти опору, прикладені до першої та другої масам.

Структурна схема двомасовою системи показана на рис. 50.8, б. Перехідні процеси в двомасовою системі, в тому числі в разі наявності зазору, в'язкого тертя і т. д., детально розглянуті в [50.2, 50.3].

До трехмассовой механічної системі зводяться кінематичні схеми, що містять два пружних елементи малої жорсткості. Розрахункова схема трехмассовой системи, її структурна схема та динаміка розглянуті в [50.3].

Поняття регулювання координат електропривода. Способи та основні показники регулювання

При виконанні виконавчим органом технологічних операцій часто потрібне регулювання його положення, швидкості або прискорення руху, обмеження зусиль на виконавчому органі і т. д. Крім того, при роботі самого ЕП зазвичай виникає необхідність в обмеженні теплових, комутаційних і механічних навантажень його елементів. Для вирішення цих завдань потрібно регулювати координати (змінні) ЕП – швидкість, момент, положення вала двигуна.

Можливі два способи регулювання координат – параметричний і за допомогою зворотних зв'язків у замкнутих системах. Параметричний спосіб передбачає отримання штучних механічних характеристик за допомогою зміни параметрів двигуна або параметрів його ланцюгів. При використанні другого способу необхідні механічні характеристики формуються за допомогою різних зворотних зв'язків – по струму, моменту, швидкості, положенню.

Регулювання координат в замкнутих системах ЕП проводиться при високих вимогах до якості регулювання координат – великому діапазоні, високої точності та економічності і т. д. У замкнутих системах ЕП найчастіше використовують так званий принцип регулювання по відхиленню [50.5]. У деяких випадках створюються і комбіновані замкнуті системи, в яких крім принципу регулювання по відхиленню використовується принцип регулювання за збуренням (принцип компенсації). Замкнута сі-

* 1

Щ

Х2

До

- 1

Щ

Ovi

Ічі

Uorcl> i 11

Сг

Х "

Рис. 50.9. Структурна схема ЕП з підсумовуючим підсилювачем

ХЗН

Хг

Х "

%

Щ

Т

Хг Xj!,

Рис. 50.10. Структурна схема ЕП з незалежним регулюванням координат

Стема ЕП будується, як правило по системі УП – Д, в якій найчастіше використовуються зворотні зв'язки по швидкості, струму і напрузі двигуна. Використовувані зворотні зв'язки можуть бути позитивними і негативними, жорсткими та гнучкими, лінійними і нелінійними [50.5]. У загальному випадку при регулюванні декількох координат замкнута система ЕП будується за однією з трьох структур [50.3]: 1) структурі з підсумовуючим підсилювачем; 2) структурі незалежного регулювання координат; 3) структурі підлеглого регулювання координат.

1. Структура з підсумовуючим підсилювачем показана на рис. 50.9. Її особливість полягає у наявності підсумовуючого підсилювача СУ, який служить для підсумовування сигналів зворотних зв'язків Uo cU 1 / "с2, …, [/ о з" і збільшення загального коефіцієнта підсилення

Хг

'«Оіг

Системи. Зворотній зв'язок залежно від передавальної функції W0_cl, W0> c2, ..., Wa <c "може бути позитивною, негативною, жорсткою, гнучкою, лінійної або нелінійної. У даній схемі задаючий сигнал U3 не визначає повністю заданого значення жодної з координат та регулювання їх не є незалежним. До 'недавнього часу подібна структура була основною в регульованому ЕП.

2. Структура незалежного регулювання координат відповідає схемі рис. 50.10. Регулювання кожної координати здійснюється за допомогою окремих регуляторів Щ, і Щ, 2, • • •, Щ, ", і в кожний момент часу регулюється тільки одна з координат. Це забезпечується логічним перемикаючим пристроєм ЛПУ, яке підключає до входу системи вихід того регулятора, вплив якого в даний момент є визначальним. Структура не знайшла широкого застосування через складність ЛПУ.

3. Структура з підлеглим регулюванням координат зображена на рис. 50.11. Кожній регульованою координаті ЕП в цій системі відповідає свій регулятор, на вхід якого подається сигнал зворотного зв'язку по цій координаті. В результаті утворюється система з п концентричних контурів, в якій вихідний сигнал другої регулятора є задаючим сигналом для першого регулятора, вихідний сигнал третього - задає для другого і т. д. Таким чином, регулювання координати Х1 підпорядковане регулювання координати Х2, регулювання Х2 - регулювання Х3 і т. д.

Система дозволяє робити настроювання (оптимізацію) кожного внутрішнього контуру незалежно від настройки зовнішнього, а також просто здійснювати обмеження координат шляхом обмеження вихідного сигналу попереднього контуру. У силу зазначених переваг і можливості використання стандартних елементів УБСР система підлеглого регулювання з послідовною корекцією знаходить широке застосування.

Регулювання координат характеризується рядом показників.

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 50.11. Структурна схема ЕП з підлеглим регулюванням координат

Діапазон регулювання характеризує можливі при даному способі межі зміни координати.

Точність регулювання визначається можливими відхиленнями координати від її заданого значення під дією збурюючих факторів.

Економічність регулювання визначається зіставленням капітальних витрат і експлуатаційних витрат при використанні регульованого ЕП з одержуваним ефектом за рахунок підвищення продуктивності і надійності роботи проізводсп кої машини і поліпшення якості продукції і виконуваних операцій.

Плавність регулювання характеризується числом значень регульованого параметра, реалізованим в даному діапазоні.

Допустиме навантаження при регулюванні координат є найбільший момент, який двигун здатний тривало розвивати при роботі на будь штучної характеристиці. Головним критерієм при визначенні тривало допустимого моменту є нагрів двигуна. Якщо допустити, що нагрів двигуна визначається лише втратами в обмотках двигуна при протіканні по ній струму, а тепловіддача двигуна не залежить від його швидкості, то допустимим буде такий момент, при якому струм в обмотках дорівнює номінальному 1І0М. Так як момент будь-якого двигуна пропорційний току I і потоку Ф, то Мдоп = / номФ.

Таким чином, при визначенні допустимого навантаження слід оцінювати зміна магнітного потоку Ф і на цій підставі судити про Мдоп.

Детальніше показники конкретних способів регулювання розглянуті в [50.2, 50.3].

Електропривод з двигуном постійного струму

Незалежного збудження (ДПТ НВ)

Основна схема включення наведена на рис. 50.12, а, де U – напруга мережі; ОБ – обмотка збудження; К "- внутрішній опір якірного ланцюга; RB – опір обмотки збудження; Ял, Крсг – додатковий резистор в ланцюзі якоря і регулювальний в ланцюзі порушення; I, /" – струми у ланцюгах якоря і збудження.

Електромеханічна характеристика ДПТ

НВ

КФ КФ

Де Ф – магнітний потік; до = pN/2na – конструктивний коефіцієнт; р – число пар ПО

Le OB, ___? Рег

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 50.12. Схема включення (а) і природні механічні характеристики (б, в) ДПТ НВ

Люсов; N і а – числа активних провідників і паралельних гілок обмотки якоря.

U КФ

М,

Зі =

Механічна характеристика ДПТ НВ

+ Дд

(КФ) 2

Де М – електромагнітний момент.

Зв'язок між струмом, моментом і магнітним потоком М = КФ1.

Зв'язок між ЕРС, швидкістю і потоком Е = кФш.

Природна механічна характеристика, відповідна U = UHOM, Ф = Фном. ЯД = 0, зображена на рис. 50.12,6.

При роботі ДПТ НВ можуть виникнути наступні енергетичні режими роботи (рис. 50.12, в):

Ділянка I: М> 0; со0> <про> 0 – руховий режим;

Точка 1: М = 0; to0 = 1> / кФІОМ – ідеальний холостий хід (XX);

Ділянка II: М <0; зі> Ю0 – генераторний режим паралельно з мережею (режим рекуперативного гальмування);

Точка 2: М = МК; ш = 0 – режим короткого замикання (КЗ);

Ділянка III: М> Мк; та <0 – генераторний режим послідовно з мережею (режим гальмування противовключением).

Ffl

СТ

Е

Схема динамічного гальмування ДПТ НВ зображена на рис. 50.13, а. Вирази

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 50.13. Схема включення (а) і механічні характеристики (б) ДПТ НВ при динамічному гальмуванні

А

В

8 *

^ Природна

V. R01

КІГ> Кд1

Г

Рис. 50.14. Штучні механічні реостатні характеристики ДПТ НВ

Одержувані при U = 0,

Для характеристик, мають вигляд

-М.

КФ

Rn + Rn.

R * + Rn

-1 = -

(КФ) 2

Механічні характеристики ДПТ НВ при двох різних опорах динамічного гальмування RaT показані на рис. 50.13, б. У схемі динамічного гальмування ДПТ НВ працює генератором незалежно від мережі.

Дані серійних ДПТ НВ наведені в розд. 25 і в [50.4].

Основні параметричні способи регулювання координат ЕП з ДПТ НВ пов'язані з впливом на Ra, Фі U.

Ш0

Шс

Регулювання швидкості зміною Ra у ланцюзі якоря. На рис. 50.14 показані штучні механічні реостатні характеристики, отримані при введенні в ланцюг якоря Ra. Розрахунок опору резистора Raь при введенні якого штучна характеристика проходить через точку з координатами шсМс, здійснюється за формулою

R ■

'■ W (1 ~

Ral * = 1 -

Mr.

ГлеДд1 * – Rai / RH; R ^ – R "/ RH; Ян = l / HOM / / HOM; wc * = g> c / G> hoM; МРЖ = Мс / Мном.

До того ж результату приведе використання графічного «методу відрізків» (рис. 50.14), відповідно до якого справедливо наступне співвідношення:

Яд1 * = Дя * (ав / аб – 1).

Необхідне для розрахунків значення Rx береться з довідкових даних або розраховується за наступною наближеною формулою:

R * ^ (1 "іншому) ^ ном / ^ НО №

Де Лном – номінальний ККД двигуна.

Для регулювання струму і моменту ДПТ НВ при його пуску будується так звана пускова діаграма, що представляє собою сукупність декількох реостатних характеристик, на яких працює ДПТ НВ в процесі пуску (рис. 50.15). Якщо не задані небудь спеціальні вимоги до пуску, то значення моментів вибираються в межах

М1 = (1,5 – 2) Мном; М2 = (1,1 – 1,3) Мс.

Кількість реостатних характеристик, яке повинно бути цілим числом, визначається за формулою

Т IgCAWW ^ M.)

Ig (М, / М2)

Підбором Mt і М2 в зазначених межах забезпечується цілочисельне значення т. Розрахунок ступенів пускового резистора проводиться за вказаними вище співвідношенням. Більш докладні відомості щодо побудови і розрахунку пускових діаграм наведені в [50.2 - 50.4].

R

= 1 +

-Rя

Д, п *

Опір резистора, включеного в ланцюг якоря для обмеження моменту до необхідного (допустимого) рівня М, при перекладі ДПТ НВ 'в режим противовключення з швидкості о) с, визначається за формулою

С1 ~ Яя ») М1

Де Кд, п * = М1Ж = М, / Мном.

Rn Т * -

Де – X / R ".

Опір резистора, включеного в ланцюг якоря для обмеження моменту до рівня Mi при перекладі ДПТ НВ в режим динамічного гальмування з швидкості шс,

_ TOc * (1 ~ RЯ »)"

Т * – 7Z "я

Регулювання швидкості зміною магнітного потоку Ф здійснюється зазвичай у бік його зменшення впливом на струм збудження / "за допомогою резистора Rp (див. рис. 50.12, а). Одержувані штучні характеристики показані на рис. 50.16. Відносний магнітний потік Ф | * = Ф | / Ф, Ю № при якому механічна характеристика проходить через точку з координатами шс, Мс при U = l / HOM; Ra = 0, визначається з виразу

Ф = 1 + J / l - 4Мсь <йс # Яяь (1 – ЯяЖ) '* 2шсЖ (1 – КяЖ)

Струм збудження / Bt, відповідний ФГ, знаходиться за допомогою універсальної кривої намагнічування (мал. 50.17) як / в | == Л> 1 * (ф1 *) 4.ном, а опір резистора – за висловом

= V номДв! – RB-

Крім використання Rp для регулювання струму збудження застосовуються окремі джерела постійної напруги.

А>

Ш0 шс

ШГ

Ш1

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 50.15. Пускова діаграма ДПТ НВ

Мс М2 М "М

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Шеніі магнітного потоку

Регулювання швидкості зміною напруги, що підводиться до якірного ланцюга. Реалізація цього способу вимагає застосування УП того чи іншого типу. Схема включення ДПТ НВ наведена на рис. 50.18, а. Рівняння механічної характеристики при Ф = Ф "ом і Ra == 0 має вигляд

Єп

R "+ R"

М> ном

КФкм

ЄП

R "+ R"

* Ф "ом

(/ СФном) 2

Де En, R "- відповідно ЕРС і внутрішній опір УП.

Сімейство характеристик ДПТ НВ, питомого від електромашинного УП (система Г – Д), наведено на рис. 50.18,6.

При харчуванні ДПТ НВ від вентильного УП вираз для механічної характеристики набуває вигляду

M = Еп, м cosa – AUB R"+ Rp + R "д /

КФ "ом (КФ ном)

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 50.17. Універсальна крива намагнічування / вж = / "/ /". Ном; Ф * = Ф / Ф "ом

0,5

F

0,25

0

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Де Еп м, A UB, Rn – відповідно максимальне значення ЕРС УП, падіння напруги на його вентилях і його еквівалентне внутрен-

ПриродЕнная-__ <rE »i <Um

Рис. 50.18. Схема ЕП (а) і його характеристики при живленні якоря ДПТ НВ від електромашинного (б) і вентильного (в) УП

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

-Ф.3-ФГ ~ Ф, §) Ф1 <Ф2 <Ь

Рис. 50.19. Схема (а) і механічні характеристики (б) ДПТ НВ при живленні його якоря від джерела струму

Неї опір; Rp – активний опір обмоток реактора, що згладжує в ланцюзі якоря; а – кут керування вентилів УП.

Еквівалентна внутрішній опір УП за наявності силового трансформатора визначається з виразу

Rn – 2 RT + Ryp + хТт/2п,

Де Ry р – опір зрівняльного реактора; т – число фаз випрямлення; RT == АРк/т1Ік ^ р – активний опір обмотки трансформатора, наведене до ланцюга випрямленого струму; х, = uKyJJ (№ 1 ук2, р – індуктивний опір обмоток трансформатора, наведене до ланцюга випрямленого струму; I /] ф, 11, / стр, ІК%, ДРК – відповідно первинне фазовий напруга і струм, коефіцієнт трансформації, напругу короткого замикання і потужність втрат КЗ.

Характеристики ДПТ НВ при живленні від нереверсивного вентильного УП показані на рис. 50.18, в. Особливістю характеристик є наявність криволінійних ділянок, відповідних режиму переривчастих струмів УП.

Область переривчастих струмів на рис. 50.18, в виділена пунктирною кривою, рівняння якої наведено в [50.2], де також детально розглянуті характеристики при використанні реверсивних вентильних перетворювачів при різних способах управління та особливості роботи системи вентильний УП – ДПТ НВ. Дані серійних тиристорних УП постійного струму наведені в розд. 32.

Регулювання координат при живленні якоря двигуна УП з властивостями джерела струму. Схема ЕП наведена на рис. 50.19, а, де ІТ-джерело струму, що забезпечує незмінний струм у ланцюзі якоря I = const. Механічні характеристики двигуна, вираз яких має вигляд М, = КФ1 = & 1Ф, зображені на рис. 50.19,6. Разомкнутая система ІТ-ДПТ НВ у відповідності із зображеними характеристиками володіє властивостями. регульованого по ланцюзі порушення джерела моменту. Регулювання швидкості в цій системі забезпечується при введенні зворотних зв'язків [50.8].

Крім розглянутих способів для регулювання координат використовуються імпульсні способи, а також регулювання за допомогою спеціальних схем включення ДПТ НВ, наприклад схеми з шунтуванням якоря. Всі ці способи докладно розглянуті в [50.2].

Замкнуті системи регульованого ЕП розглянуті в [50.3, 50.6, 50.5] і в розд. 51 цього довідника.

Електромеханічні перехідні процеси в ЕП з ДПТ НВ. Формування динамічних характеристик. Електромеханічні перехідні процеси обумовлюються механічної та електромагнітної інерцією елементів приводу. Електромагнітної інерцією володіють обмотки якоря і збудження ДПТ НВ, а також УП в системі УП – ДПТ НВ.

Електромеханічні перехідні процеси, пов'язані з управлінням ДПТ НВ по його якірного ланцюга або із зміною моменту опору Мс на його валу при абсолютно жорстких елементах механічної частини і Ф = Фном = const, описуються наступною системою рівнянь:

І = кФном <1) + iRs + Lj, di / dt;

М – Мс = J dafdt; М = кФтмі

Де ья – індуктивність якірного ланцюга, Гн.

Dm dt

-+ ш =

І

(КФном) 2

{КФКОМ?

Dt

Отримується з цієї системи вихідне диференціальне рівняння для швидкості має вигляд

ТТ L+T

Dt2 Ля

DMc

Мг

КФ

Де Тм = Ja> 0/MK = JR "/ (k <J>! 10M) 2 – електромеханічна постійна часу ЕП, с; Тя == LJRx – електромагнітна стала часу якірного ланцюга, с; ья – індуктивність розсіювання якірного ланцюга, Гн , значення якої може бути визначено за наближеною формулою Уманського-Ліівілля:

-^ Я ~ Y ^ hom / P ^ hom ^ homs

Де у = 0,6 для некомпенсованих і у = 0,25 для компенсованих ДПТ НВ.

При Тм> 4ТЯ рішення диференціального рівняння має вигляд

AU *, ^-я,R – a. xt

Ш = ш0-+Cie + С2е

(^ Фном)

Де С,, С2 – константи;

«1.2 = (1 ± | / 1-4Т ;/ Гм) / 2Гя.

При Ти <4Г "

® = шо – + е "'(сз cos Qt + С4 sin fit),

З <Фном)

Де С3, С4 – константи; а = 1 / (2Тя);

П = (1/4Гя/Тм -1) / 2Т ".

Для визначення констант С, – С4 використовуються початкові значення координат о) поч і (dto / df) Ha4 в момент часу t = 0. Залежність М (t) доцільно отримувати підстановкою в рівняння М – Мс + J d (s> / dt знайденої залежності ш (£).

При застосуванні інерційного УП, живить якір ДПТ НВ, до записаної вище системі рівнянь додаються рівняння УП. Зокрема, при поданні УП інерційним ланкою вони мають вигляд

K "uy = е" + ТП dejdt;

І = е "- iR",

Де єп, km Rm Тп – відповідно ЕРС, коефіцієнт посилення, внутрішній опір і постійна часу УП; иу – керуюча напруга на вході УП.

В результаті порядок вихідного диференціального рівняння для швидкості підвищується до третього і дослідження динаміки доцільно вже вести за допомогою відомого з теорії автоматичного регулювання [50.5] генераторного методу на базі структурної схеми, зображеної на рис. 50.20, а, де позначено: с = КФ! ЮМ; R ^ = RS + Rp + + Rn ~, = + ipi Тя = Lxz / Rsz; Тм =

= JRscs :/ {kФlloм) 2.

Детально перехідні процеси в системі УП-ДПТ НВ, в тому числі з тиристорним і електромашинним УП, розглядаються в [50.2, 50.3, 50.6].

При управлінні ДПТ НВ по ланцюзі порушення до вихідної системи рівнянь додається диференціальне рівняння ланцюга збудження

Ів = iBRb + wB йФ / dt

І рівняння кривої намагнічування Ф (1В), де wB – число витків обмотки збудження.

Структурна схема об'єкта регулювання зображена на рис. 50.20, б, де ТК – постійна часу обмотки збудження, що визначається за допомогою кривої намагнічування (мал. 50.21) за формулою

1-ц),

Ц. ном

Рис. 50.20. Структурні схеми ЕП при: а – постійному, б – змінному магнітному потоці двигуна

%

Кп

Єї

Тпр+1

А)

Кп

ТПР +1

>

Ю

З / /? Я2

И

-

ТЯР +1

С2Гмр

-КФ

JP

Нф

X

Ь

X

) = *

Т "р +1

Мс

Чь

7/RB

Ib

Ф

До

КФ

Твр +1

Де а – коефіцієнт розсіювання, який зазвичай приймається рівним 1,18; ц = b (а + Ь) – коефіцієнт насичення, який визначається з кривої намагнічування.

У загальному випадку виходить система нелінійних рівнянь через нелінійності кривої намагнічування та наявності в рівняннях творів змінних, яку доцільно вирішувати за допомогою графоаналітичних та чисельних методів або ЕОМ. Детально перехідні процеси цього виду розглянуті в [50.2, 50.3].

Формування (корекція) перехідних процесів в ЕП. До регулювання координат ЕП в перехідному процесі зазвичай пред'являється ряд вимог по тривалості перехідного процесу, перерегулювання координат, що коливає процесу, забезпеченню заданих графіків швидкості, прискорення, ривка і т. д. Найкращим чином ці вимоги виконуються в системі УП-Д, в якій для цієї мети можуть бути використані наступні способи:

1) включення в систему коригувальних ланок і зворотних зв'язків, які забезпечують введення сигналів по похідним і інтегралах змінних, впливів у функції зовнішніх збурень та їх похідних і т. д.

Ефективним апаратом при цьому є частотні методи аналізу і синтезу динамічних систем, детально розглянуті в [50.3, 50.5, 50.6];

2) побудова системи по структурі послідовної корекції з підлеглим регулюванням, в якій досягається оптимізація перехідних процесів в ЕП.

Детально цей спосіб розглядається в [50.3];

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

1 (, ІОМ

Рис. 50.21. До розрахунку постійної часу обмотки збудження двигуна по кривій намагнічування

3) формування перехідних процесів шляхом завдання закону зміни напруги на якорі двигуна за допомогою задатчика інтенсивності [50.3].

£ стес1лВенная (Кд = 0)

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Rsz ^ g,

Рис. 50.22. Схема включення (а) і механічні характеристики (б) ДПТ ПВ

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Ofi про, а 1, г 1,6 г, а I *

Рис. 50.23. Універсальні характеристики ДПТ ПВ

Основна схема включення ДПТ ПВ наведена на рис. 50.22, а; механічні характеристики виражаються рівняннями

КФ (1)

U КФ (/)

М.

Механічні характеристики двигуна зображені на рис. 50.22, б. Побудова природних характеристик ш (/) і про> (М) проводиться за допомогою універсальних характеристик рис. 50.23, де про = з / зі, гом, Мт == М / Мном, 1ф = 1/1Іом. В основній схемі включення можливі режими руховий, короткого замикання, генераторний послідовно з мережею (режим гальмування проти – вовключеніем).

Схеми динамічного гальмування з незалежним збудженням (див. рис. 50.13, а) і самозбудженням (рис. 50.24, а) дозволяють отримати механічні характеристики, зображені на рис. 50.13, б і 50.24, б. Енер-

І (Яя + Кв + Кл)

КФ (/) К, + RB + Rn к2Ф2 (1)

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 50.24. Схема включення (а) і механічні характеристики (б) ДПТ ПВ при динамічному гальмуванні з самозбудженням

Б)

Рис. 50.25. Схема (в) і механічні характеристики (б) ДПТ ПВ при зменшенні магнітного потоку

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

А)

Природна (Яш = оо)

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

М

Тичні режим роботи ДПТ ПВ в цих схемах – генераторний незалежно від мережі. Основні параметричні способи регу – сительно рідко, питання їх аналізу та синтезу розглянуті в [50.9].

Електромеханічні перехідні процеси в електроприводі з ДПТ ПВ в загальному випадку описуються нелінійними диференціальними і алгебраїчними рівняннями, і завжди потрібно облік нелінійної кривої намагнічування Ф (/). Тому для їхнього розрахунку використовуються чисельні або графоаналитические методи із застосуванням ЕОМ. Приклади розрахунків перехідних процесів з ДПТ ПВ містяться в [50.4].

Електропривод з двигуном постійного струму змішаного збудження (ДПТ СВ)

Приводи цього виду застосовуються порівняно рідко, характеристики, властивості і способи регулювання ДПТ СВ розглянуті в [50.2-50.4].

Електропривод з трифазним асинхронним двигуном (АТ) та іншими двигунами змінного струму

М ■ ■

Основна схема включення АТ з фазним ротором наведена на рис. 50.28, а; механічна характеристика виражається рівнянням

2Мтах(+ AsK) Фк + sK / s + 2asK '

А також з використанням схеми з шунтуванням якоря.

Штучні реостатні характеристики при Ra = var наведено на рис. 50.22, б. Порядок розрахунку характеристик і резисторів, а також побудови пускової діаграми докладно розглянуто в [50.4].

Зміна магнітного потоку Ф здійснюється за допомогою схеми рис. 50.25, а; одержувані штучні механічні характеристики показані на рис. 50.25, б, а їх розрахунок наведено в [50.4].

Зміна напруги здійснюється в схемі УП – ДПТ ПВ (рис. 50.26, а); одержувані механічні характеристики наведені на рис. 50.26, б. Система УП – ДПТ ПВ застосовується відносно рідко, докладно її статичні і динамічні характеристики розглянуті в [50.9].

Схема з шунтуванням якоря зображена на рис. 50.27, а, а відповідні їй механічні характеристики показані на рис. 50.27, б. Розрахунок характеристик наведено в [50.4].

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 50.26. Схема ЕП (а) і механічні характеристики (б) при регулюванні напруги

Естестбешя (UMK) Ui <UH0U иг <і,

HQwvvvLcdjjn-

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 50.27. Схема (а) і механічні характеристики (б) при шунтування якоря ДПТ ПВ

ЕстестВежя [Чщуа, Rg-0)

F ° °, Rв * ")

А)

Замкнуті системи УП-ДПТ ПВ для регулювання координат використовуються відно-

Де

3 V

2ю "{Rj ± / Ri + xl) - максимальний (критичний) момент;

R'l + R'lz

SK = ± - _____________________

J / Rf + * до

- Критичне ковзання [при цьому в формулах для Мтах і sK знак «+» відповідає руховому режиму (Мтохд, 5кд), знак «-« - генераторному {МтахГ, ЛКГ)]; хк = х, + + х'2 – індуктивний опір КЗ; Ru R2, R'lд – активні опори статора, ротора і додаткове; штрихом позначені приведені значення роторних опорів; со0 = 2л/i/p – швидкість ідеального холостого ходу (кутова швидкість магнітного поля); .5 = (со0 – зі ) / со0 – ковзання АД; а = Rj / R'2 – розрахунковий коефіцієнт.

При К, «0 (aw 0)

М: – 2М "™. S /« K + «до / s

Природна механічна характеристика АД наведена на рис. 50.28, б. При малих s механічна характеристика наближено виражається рівнянням прямої лінії:

М до 2Mmaxs/sK.

При – зі <s <0 (ш> оз0) АД працює генератором паралельно з мережею (рекуперативного гальмування), при s = 0 (про = со0) має місце режим ідеального XX, при 0 <s <1 (0 <to <со0 ) – руховий режим робота, при s – 1 (їй – 0) – режим КЗ, при s> 1 (ш <0) АД працює генератором послідовно з мережею (гальмування противовключением).

Схема динамічного гальмування АД наведена на рис. 50.29, а, механічні характеристики АД при різних Ria і / п показані на рис. 50.29, 6. Для ненасиченої магнітної ланцюга

2М "

М =

S / Чт + sk, T / s

Де Мтах = – (ксх1 "Ху) ——– максимальний мо-

2со0 (х'2 + х ")

Мент; sK т = 2 + – критичне Сковзаю – х'2 + хм

Ня в режимі динамічного гальмування; s = зі / (В0 – поточне ковзання в режимі динамічного гальмування; хм – реактивний опір ланцюга намагнічування; 1П – подається в статор постійний струм; / ССК – коефіцієнт, що залежить від схеми з'єднання обмотки статора.

Режим роботи АТ в цій схемі – генераторний незалежно від мережі змінного струму.

Детально розрахунок характеристик і параметрів ланцюгів АД в режимі динамічного гальмування розглянуто в [50.2].

Дані по АД містяться в розд. 25 і в [50.4].

Основні параметричні способи регулювання координат. До найбільш поширених належать способи регулювання зміною додаткового активного опору в ланцюзі ротора К2д> частоти і напруги, що підводиться до ланцюга статора, а також числа пар полюсів магнітного поля АД. Крім цього використовуються каскадні схеми включення АД, що дозволяють корисно використовувати виділяються в ланцюзі статора при регулюванні швидкості втрати енергії, а також схеми з включенням в ланцюг статора додаткових активних і реактивних опорів. До числа спеціальних відносяться способи імпульсного регулювання [50.2 - 50.4].

S зі ■ S / рр.

Природна

SKA

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 50.28. Схема включення (а) і природна механічна характеристика (б) АД

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 50.29. Схема включення (а) і характеристика (б) АТ при динамічному гальмуванні

- 1 1

135 -

W ЛМ

^ ГДВ 1пгк hi hu ^ sdi

Механічні характеристики при R2Д == var наведено на рис. 50.30. Опір

S, w Щ

<0с

І

Природна (Keg = D)

«Г

SK, e

і

1

«А

Рис. 50.30. Штучні реостатні механічні характеристики АД

1

22 "

Природна

.w

(^ Мм ^ ном)

> = Const

/ / / /

Г '

Б) М

Рис. 50.31. Схема включення (а) і механічні характеристики (б) АД при живленні від ПЧ

Резистора Й2л2. забезпечує проходження характеристики через крапку з координатами [сос = Ю0 (1 - sc), Мс], визначають за формулою

^ 2д2 = (Sc / 'e – 1) «2 = (Хк, і /-Чс – 1) R2,

Де sc, se, sK і, sK е визначаються з рис. 50.30:. Vc – ковзання, відповідне Мс на штучній характеристиці; s,. – Те ж, але на природній характеристиці; хк с, sK і – критичні ковзання природної і штучної характеристик.

Активний опір фази обмотки R2 береться з паспортних даних або визначається за наближеною формулою:

R2 «Е2к« ІОМ / l / з '2ном-

Спрощена пускова діаграма АД може бути побудована і розрахована за аналогією з ДПТ НВ. Інші, більш точні способи її побудови та розрахунку розглянуті в [50.4].

Регулювання зміною частоти живлячої АД напруги (частотне регулювання) передбачає, як правило, одночасна зміна і цієї напруги.

'номД

Uw

Ш

ПЧ

'рег,

"IP *

АЛ

(О)

Частотне регулювання здійснюється за структурною схемою рис. 50.31, а, де ПЧ – електромашинний або вентильний перетворювач частоти, jрег, ГУ | pei – регульовані частота і напруга, Uy – керуючий (задаючий) сигнал. Співвідношення між частотою і напругою визначається видом механічної характеристики виконавчого органу та детально проаналізовано в [50.2, 50.3]. При Мс = const це співвідношення має вигляд Viper / / iper = const. Механічні характеристики при частотному регулюванні представлені на рис. 50.31, б. При частотах нижче номінальної, де може дотримуватися співвідношення Ui / fi = const, критичний момент Мк зберігається приблизно незмінним, за винятком області низьких частот, де він дещо знижується. В області частот вище номінальних, де t / lper = UimM = const, критичний момент знижується зі збільшенням частоти.

Для формування статичних та динамічних характеристик асинхронного ЕП з заданим високою якістю також використовується так зване частотно-струмове керування, при якому в якості керуючого бездіяльності приймається не напруга, а струм обмотки статора. Контроль заданого значення струму здійснюється за допомогою контуру підлеглого регулювання струму.

I

Л

Мережа оу-

УВ

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 50.32. Схема (а) і механічні характеристики (б) при частотно-струмовому управлінні АТ

2

СуВ JU

РТ

Система ЕП, що реалізує розглянутий принцип, показана на рис. 50.32, а. Вона містить керований випрямляч УВ з системою управління СУВ, автономний інвертор струму АІТ з системою управління СУІ, асинхронний двигун АД, регулятор струму РТ, датчик струму статора ДТ, датчик швидкості ДС, підсилювач-обмежувач УО, функціональний

АІТ

1

Перетворювач ФП. Задаючий сигнал V3 визначає частоту перемикання тиристорів АІТ, а отже, і частоту струму статора (характеристика задаючого генератора передбачається лінійної). Після вирахування з задаючого сигналу напруги пропорційного швидкості ротора, утворюється сигнал VmR, пропорційній частоті ковзання ротора. Цей сигнал через функціональний перетворювач, який реалізує один із законів зв'язку між частотою ковзання і струмом статора, використовується в якості сигналу завдання в контурі регулювання струму. Частота на виході АІТ визначається напругою UaS = Ua + VaR. Система налаштована таким чином, що поки УО працює в лінійній зоні, частота на виході АІТ постійна і не залежить від навантаження (С/ш5 = U3). При досягненні моментом навантаження максимального значення (UaR = VaR max) УО входить в обмеження і АД працює з постійною частотою ковзання, постійним струмом і, отже, розвиває постійний момент. При переході АД у генераторний режим АІТ переходить в режим випрямляча, а УВ – в режим веденого мережею інвертора, що забезпечує генераторное гальмування з рекуперацією енергії в мережу. На рис. 50.32, б показаний приблизний вигляд механічних характеристик в розглянутій системі.

Дані по серійним тиристорним ПЧ поміщені в розд. 32. Більш докладно статика і динаміка частотно-регульованого асинхронного ЕП розглянуті в [50.2, 50.3, 50.11].

Природна (f1Hm, Щит)

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 50.33. Схема (а) і механічні характеристики (б) АТ при регулюванні напруги

FlHau, Ulmm 'шві

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

А)

Регулювання швидкості зміною напруги здійснюється за принциповою схемою рис. 50.33, а, де РН – регулятор напруги. Одержувані механічні характеристики (рис. 50.33, б) можуть бути використані для регулювання моменту, а для регулювання швидкості вони мало придатні. Регулювання швидкості в системі РН – АД здійснюється зазвичай в замкнутій системі з використанням зворотного зв'язку по швидкості і асинхронного двигуна з фазним ротором. Детально такі системи 'розглянуті в [50.2, 50.3]. Дані по серійним тиристорним РН містяться в розд. 32.

Регулювання координат (швидкості) зміною числа пар полюсів магнітного поля АД припускає використання короткозамк – нутого АД з однією або двома обмотками статора, кожна фаза якої складається з двох однакових частин (полуобмоток). Такі АД, звані зазвичай багатошвидкісними, при з'єднанні полуобмоток статора трикутник – подвійна зірка (рис. 50.34, а) або зірка – подвійна зірка (рис. 50.35, а) мають механічні характеристики, зображені відповідно на рис. 50.34, б і 50.35, б.

Інші можливі способи регулювання координат (імпульсні, в каскадних схемах включення, за допомогою активних і індуктивних резисторів) детально розглянуті в [50.2, "50.3].

Регулювання координат в замкнутих системах проводиться по структурним схемами рис. 50.9 – 50.11 та докладно розглянуто в [50.2, 50.3, 50.6, 50.5] і в розд. 51.

Електромеханічні перехідні процеси в ЕП з АД. Специфічною особливістю динаміки асинхронного ЕП є протека-

F ~ fl f "ImmrlmM ішм> '1 ІОМ

XX

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

X

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

М

A)

ЧттЧті

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 50.34. Схеми (а) і механічні характеристики (б) двухскоростного АД при з'єднанні обмотки статора за схемами трикутник – подвійна зірка

Ю

Рис. 50.35. Схеми {а) і механічні характеристики (б) двухскоростного АД при з'єднанні обмотки статора за схемами зірка – подвійна зірка

Ня складних електромагнітних процесів в АД при його керуванні, наслідком яких є виникнення значних коливань електромагнітного моменту АД [50.2,

50.3, 50.13]. В результаті електромеханічні перехідні процеси в загальному випадку описуються складною системою диференціальних нелінійних рівнянь, рішення яких може бути виконане лише за допомогою ЕОМ.

У разі роботи АД на лінійній ділянці характеристики при s <sK електромеханічні перехідні процеси з достатнім ступенем точності описуються системою рівнянь

М + Те dM / dt = Р (со0 – зі);

М – MC = JZ dm / dt,

Де Пе = 1/со0рхк – електромагнітна стала часу двигуна; р – жорсткість характеристики.

Структурна схема ЕП, відповідна цій системі рівнянь, зображена на рис. 50.36.

Формування перехідних процесів в асинхронному ЕП може бути здійснено за принципами, вказаними для ДПТ НВ. Специфічна особливість формування динаміки стосовно до асинхронного ЕП полягає у використанні тиристорних пуско-регулюючих пристроїв (див. § 50.5), що дозволяють знизити в перехідних процесах коливання електромагнітного моменту.

Характеристики та властивості ЕП з синхронним двигуном розглянуті в [50.2, 50.3,

50.4, 50.14], з лінійними двигунами – в [50.15, 50.16], з вентильним двигуном – в [50.17], з кроковими двигунами – в [50.14].

Енергетика електроприводів

Визначення втрат енергії та потужності в сталому режимі. Втрати потужності в двигуні

ДР = k + v,

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 50.36. Структурна схема АД при роботі на лінійній ділянці механічної характеристики

Де до – постійні втрати, до яких відносяться втрати в сталі, механічні, вентиляційні, а також у більшості випадків

Де Рном, Лном ~ номінальні потужність і ККД.

Номінальні змінні втрати потужності UHOM для ДПТ НВ визначаються як для ДПТ ПВ – як / * ом (R "+ RB), для АТ – як 3 / '2 ном («! + R'2) = AfHOMco0sHOM (1 +

+ RJR'i).

Постійні втрати потужності

К – ДРнОМ іншому *

Втрати потужності при Р-кратної постійному навантаженні

ДР = до + Вномр2,

Де Р = / / / ном.

НОМНЕКВ)

Втрати потужності при змінному навантаженні

ДР = до + v.

J J2 (t) dt

Де реквієм – ^ екв / ^ ном »^ ЕКВ -

T "

Час циклу.

Втрати потужності при регулюванні швидкості ДПТ НВ [50.33] за допомогою резистора в ланцюзі якоря

ДРР = кв + (до – кв)

> 2

(А ^ Л2

V 1 SHOM /

+ UH

Де кв – втрати в обмотці збудження; sp == («про – ШР) / ш0;« ном = («про – co" OM) / co0 – відносні перепади швидкості двигуна на штучній (регулювальної) і природної характеристиках при моменті навантаження Мс ; Мс # – відносний момент навантаження.

Втрати потужності при регулюванні швидкості ДПТ НВ зміною магнітного потоку

ДРР « до + «номр2.

І втрати на збудження; v – змінні втрати, які визначаються втратами в обмотках двигунів при протіканні по них змінюється в загальному випадку струму навантаження.

Втрати потужності в номінальному режимі

Втрати потужності при регулюванні швидкості ДПТ НВ зміною напруги на якорі

ДРР = кв + (до – / св) I * "Р ) + М2сф іІом.

А SHOM /

Втрати потужності при регулюванні швидкості АД

ДРР = до + і2ном ^ МСФ +

Докладніше визначення втрат потужності в регульованому ЕП розглянуто в [50.2]. Втрати енергії за цикл роботи

Д Аі = £ д Рд, 1

Де АР; – втрати потужності на i-ій ділянці циклу; tf – тривалість i-ro ділянки циклу.

Потужність, споживана з мережі при навантаженні,

Pm = Pih (Pd,

Де Г] (Р ;) – ККД двигуна при потужності Р, -; ця залежність для АД серії 4А наведена на рис. 50.48.

Витрата енергії з мережі за цикл роботи

Т

АІ = Е ^ Ел-1

Середньозважений ККД за цикл роботи зі змінним навантаженням

I; ра 1

I ^ Wi КЛ + ін) (,

Де ХЦ – реактивний опір намагнічування.

Середньозважений совфц за цикл роботи 1

COS ФЦ =

] / L + tgtp "'

Де tg <pu = Ар Ц / АЯМ; Ар а й АА11 – відповідно полний'расход реактивної й активної енергії за цикл.

Коефіцієнт потужності% системи УП – ДПТ

X = vcos <Pi,

Де v = / ',' V / i – коефіцієнт спотворення; IY діюче значення відповідно 1-ї гармоніки і всього споживаного з мережі струму; cos ф ^ – коефіцієнт потужності відносно 1-ї гармоніки струму (коефіцієнт зсуву).

Коефіцієнт потужності Хр при регулюванні швидкості в системі УП – Д при характерному співвідношенні cos ф j к; cos а, де а – кут керування вентилями, визначається як

ХР = voop / шо,

Де ш0р, шо – швидкості ідеального XX ДПТ при даному і нульовому кутах регулювання.

При регулюванні швидкості вниз від номінальної при Мс = const і рівній частці роботи на кожній швидкості за час циклу tu зміна середньозваженого Хц в залежності від діапазону D характеризується такими даними:

ККД регулювального циклу Г1рц для однакової різниці швидкостей на будь-якій парі двох сусідніх характеристик, однакового часу роботи на кожній характеристиці і великого їх числа визначається як

Чс = ЛномФ + 1) / 2 D,

Де D – діапазон регулювання швидкості. Коефіцієнт потужності АД

D

Хц

1 2 4 10

АА2п – _ ($ поч 5кон)>

1 0,78 0,65 0,6

Визначення втрат енергії в перехідних режимах. Змінні втрати енергії в якорі ДПТ або роторі АД при роботі вхолосту (Мс = 0)

J<0р , 2

COS ф =

L / Pl + P * p '

Де Pa, Pp – відповідно активна і реактивна потужності АД.

Зміна coscp в залежності від завантаження АД серії 4А показано на рис. 50.49.

W2

+ 3 (/? Х, + Г22х'2) ..

Повна реактивна потужність, споживана АД, де sHa4, sK0H – початкове і кінцеве ковзання АД або початковий і кінцевий відносні перепади швидкості ДПТ.

"'' КОН

АА, 0 = nfill (t) Rtdt. про

Змінні втрати енергії в статорі АД

Л Л _ Jco ° I 2

—— 2 vsHa4

Сумарні втрати у статорі і роторі Д Л ^ = ДЛщ + ДЛ20.

Втрати в якорі ДПТ і роторі АД: при пуску і динамічному гальмуванні вхолосту (sHa4 = 1, sKOH = 0)

АА% = Д А% Т = М / 2;

При гальмуванні противовключением

(«Поч = 2, SKOH 1)

HA'iS = 3Jcoo / 2;

При реверсі (sHa4 = 2, sKOH = 0)

АА% = 4Jc0q / 2.

Втрати в якорі ДПТ і роторі АД при наявності на валу навантаження (Мс # 0) визначаються за наступними наближеним формулами:

С2_

Пуск

М,

ДЛ § Н = АА20

Мер – Мс

Динамічне гальмування М "

МСР + Мс

Гальмування противовключением Мп

ДЛ[*]^ = Дл ^ г

МСР + мс

Де МСР – середній момент двигунів в перехідних процесах.

Втрати в статорі АД знаходяться шляхом множення втрат в роторі на відношення

RJRi-

Більш докладно розрахунок втрат в перехідних процесах під навантаженням розглянуто в [50.3].

Способи зниження втрат енергії в перехідних процесах.

1. Зниження моменту інерції ЕП досягається застосуванням Д із зменшеним моментом інерції, а також заміною, де це можливо, одного двигуна на два двигуни половинної потужності.

2. Зміна со0 в перехідному процесі досягається: а) при використанні багатошвидкісного АД; б) в системі УП – ДПТ при використанні задатчика інтенсивності руху. Наприклад, у разі пуску Д при часу наростання сигналу задатчика до номінального рівня tn: »Тм 'втрати енергії зменшаться у 2TM / (tn + TJ раз, де Тм – механічна стала часу ЕП.

В системі Г – Д втрати енергії в ланцюзі якоря в порівнянні з пуском на повне напруга знижуються в ТМ / (ТВ + Тм) раз, де

Тв – постійна часу ланцюга збудження генератора.

Докладніше визначення втрат в системі УП – Д в перехідних процесах розглянуто в [50.3].

50.4. РОЗРАХУНОК ПОТУЖНОСТІ ДВИГУНА

Надійність роботи ЕП і його економічність залежать від правильного вибору потужності двигуна.

Завищення потужності двигуна в порівнянні з навантаженням призводить до зайвих капітальним витратам, зниження ККД і коефіцієнта потужності ЕП. Перевищення навантаження на валу двигуна приводить до перегріву обмоток двигуна та передчасного виходу його з ладу.

У зв'язку з цим одним з критеріїв вибору двигуна по потужності є температура його обмоток.

Друга умова вибору полягає в перевірці здатності двигуна працювати в періоди максимального навантаження і при пуску його в хід.

Нагрівання і охолодження двигунів. При

Використанні найпростішої одноступеневою теорії нагріву, яка розглядає двигун як однорідне тіло з однаковою температурою у всіх точках і тепловіддачею, пропорційній перегріву т, нагрівання та охолодження двигуна проходить за експоненціальним законом

T – Туст (* ^ поч тус :) е ^,

Де Т = с / А – теплова стала часу, с; с – теплоємність, Дж / ° С; Л – коефіцієнт тепловіддачі, Дж / (с – ° С); тусг = АР / А – кінцеве (усталене) значення перевищення температури, ° С; ДР – потужність втрат в двигуні, Вт; тнач – початкове значення перевищення температури, ° С.

Вибір двигуна необхідно здійснювати таким чином, щоб у процесі його експлуатації дотримувалася умова ттах <тяоп, де тдоп – допустиме перевищення температури для ізоляції двигуна, яке визначається класом нагрівостійкості останньої:

Тдоп = ® доп – © О,

Де © доп – гранично допустима температура електроізоляційних матеріалів двигуна; © о – температура навколишнього середовища (звичайно приймається © 0 = 40 ° С). У разі постійного навантаження при її тривалості tp> (3 – н 4) Т

: = "Суєта = АР / А.

1

Рз

Рг

Pi

ДРЗ

ЛР2 "

Pi

Г

Щ

Йр4

ДР,

Ч

T

Нагріву значеннях струму головного ланцюга двигуна / ек, моменту М-ж і потужності Рек.

Методи еквівалентних величин. Метод еквівалентного струму заснований на передумові, що втрати в електричній машині можуть бути розділені на дві складові частини: не залежні від навантаження двигуна постійні втрати до і змінні втрати, обумовлені навантаженням і активним опором головних ланцюгів двигуна:

ДРЕК = до + RI2X.

Тоді, знаючи криву i = / (t) (рис. 50.38),

1 'ц

Рис. 50.37. Графіки потужності і втрат потужності за цикл роботи

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Маємо Л, * = /-J i2 (t) dt – еквівалентний Гц про

^ ЧК -

Середньоквадратичний струм двигуна, який для ступеневої графіка визначається виразом

'UK t "

Умова перевірки двигуна: 1ж ^ 1кОм.

Метод еквівалентного струму застосовується при наявності кривої струму i = f (t) і дає точну оцінку при tu <до Т, незмінності постійних втрат і активних опорів в ланцюгах двигуна.

МЕ1

Метод еквівалентного моменту застосовується для вибору двигуна, якщо відома навантажувальна діаграма електроприводу у вигляді залежності М = f (f). У цьому випадку, якщо R = const і Ф = const, можна ввести поняття еквівалентного моменту

/ 1 'і

- JM2(T)A.

Fu Про

Умова перевірки двигуна: МШ <Мном, де Мном – момент двигуна, відповідний його номінального режиму.

Рек -

Де Р ",

Потужність, що розвивається

Метод еквівалентної потужності застосовується для перевірки двигуна, якщо відома навантажувальна діаграма ЕП Р = f (t), а потужність, що розвивається двигуном, пропорційна току. Остання умова справедливо при Ф = const і зі = const, що дозволяє ввести поняття еквівалентної потужності

-] P2 (t) dt. fu про

Умова вибору двигуна по нагріванню

Р-ЗК ^ Ри

Двигуном в номінальному режимі.

У процесі роботи ЕП може мати місце помітне погіршення тепловіддачі, пов'язане зі зниженням швидкості. У цьому випадку необхідно ввести коригування в розрахунки еквівалентних величин.

Детально використання непрямих методів для оцінки теплового стану двигунів і вибір двигунів, що працюють в різних режимах, розглянуті в [50.2, 50.3, 50.6, 50.7].

50.5. ПРИНЦИПИ ПРОЕКТУВАННЯ ЕЛЕКТРОПРИВОДІВ

Проектування ЕП в загальному випадку включає наступні етапи:

I. Постановка завдання, формулювання технічного завдання і вимог до ЕП. Побудова навантажувальних діаграм і тахо – грам виконавчого органу.

II. Визначення потужності і попередній вибір двигуна.

III. Побудова навантажувальної діаграми двигуна, перевірка його по перевантажувальної здатності, умовами пуску і нагріванню.

IV. Вибір способу керування двигуном і силового перетворювача.

V. Вибір системи ЕП на підставі техніко-економічних розрахунків.

VI. Формування статичних і динамічних характеристик ЕП відповідно до вимог техзавдання, розрахунок і розробка схеми керування, що забезпечує необхідні характеристики.

VII. Перевірка результатів проектування експериментом або моделюванням.

Розглянемо коротко перераховані вище етапи проектування стосовно до регульованим ЕП.

I. Проектування ЕП ведеться на підставі сформульованих в технічному завданні вихідних даних та вимог до ЕП. До них відносяться:

Дані по передавальному влаштуванню (передавальне число або радіус приведення, геометричні розміри елементів пристрою та їх маса). У самому загальному випадку задача проектування ЕП може передбачати і розрахунок оптимального з яких-небудь критеріями передавального числа (див., наприклад, [50.2]);

Дані по циклу роботи у вигляді навантажувальної діаграми Mc (t) і тахограми руху виконавчого органу co (t), де Мс і зі – приведені до валу двигуна момент опору і швидкість виконавчого органу;

Допустимі прискорення і уповільнення виконавчого органу;

Діапазон, точність і плавність регулювання координат в сталому режимі;

Якість регулювання координат в перехідних процесах;

Надійність (довговічність) систем ЕП, економічні показники.

Зазвичай навантажувальна діаграма Mc (t) і тахограмма зі (г) розраховуються і будуються для найбільш важкого або ймовірного (усередненого) циклу роботи виконавчого органу.

Розрахункові формули для моментів (потужності) навантаження і тахограми для типових циклів найбільш поширених робочих машин наведені в [50.18 - 50.20], приклад розрахунку та побудови навантажувальної діаграми приведений в § 50.7.

II. Вибір двигуна проводиться на основі навантажувальної діаграми, за допомогою якої спочатку визначається середньоквадратичний (рідше середній) момент навантаження

/ £ м2са

Мск = /

1 Yt.

Де Mci – момент статичного навантаження на i-му інтервалі циклу, загальне число циклів одно т; tj – тривалість i-ro інтервалу.

Номінальний момент шуканого двигуна

Мном = knMl

Де / ся = 1,1 + 1,3 – коефіцієнт, що враховує динамічні режими двигуна.

З тахограми визначається основна швидкість руху виконавчого органу та приймається за номінальну соном (докладніше про вибір основної швидкості для регульованого ЕП див. [50.2, 50.3]). Далі по міоми і шном з каталогів вибирається двигун, який при цьому повинен по своїй конструкції відповідати умовам навколишнього середовища і установки (монтажу) на робочій машині, а також родом струму живильної мережі.

Можливі конструктивні виконання двигунів докладно розглянуті в розд. 23 цього довідника.

Для виконавчих органів, що працюють в основному в сталому режимі і з нерегульованою швидкістю руху, вибір двигуна на цьому закінчується.

III. Після попереднього вибору двигуна проводиться побудова навантажувальної діаграми двигуна М (г) по рівнянню

М = МС ± Jda / dt,

Де знак «+» відноситься до ділянок розгону, а знак «-»-до ділянок гальмування двигуна; dus / dt – задані прискорення або уповільнення приводу. Приклад розрахунку та побудови навантажувальної діаграми двигуна наведено в § 50.7.

Перевірка перевантажувальної здатності двигуна зводиться до перевірки виконання умови

Мтіх <Мдоп,

Де Мтах – максимальний момент двигуна по навантажувальної діаграмі; Мдоп – допустимий по перевантаженню момент двигуна.

Нижче наведені орієнтовні значення А / дод по відношенню до номінального моменту Мном двигунів різних типів:

Тип двигуна Мдоп / Мном

TOC o "1-3" hz АД з фазним ротором ……………………………….. …….. 2-2 5

АД звичайні з короткозамкненим ротором. . . . i 1,8-2

АД з підвищеним ковзанням і короткозамкнутим ротором 2-3

Синхронні двигуни нормального

Виконання …………………………………………. ………………. 2-2,5

ДПТ НВ звичайні ……………………………………….. ……….. 2-2,5

Перевірка за умовами пуску проводиться додатково для АД з короткозамкнутим ротором, для нормального пуску повинне виконуватися нерівність Мстах <МП, де Мп – пусковий момент АД; Мстах – максі-

Таблиця 50.2

Тип двигуна

Спосіб регулювання

Напрямок регулювання від природної характеристики

Середній діапазон регулювання швидкості

Зразкові області застосування

Технічна реалізація способу

ДПТ НВ

Зміною опору в ланцюзі якоря

Зміною магнітного потоку

Зміною напруги

Вниз Вгору

Вниз

4 лютого

100 і більше

Механізми кранів

Металорізальні верстати

Металорізальні верстати, ліфти, прокатні стани й інші механізми, що вимагають великих діапазонів регулювання, плавності, точності і працюють значний час в перехідних процесах

Реостат в ланцюзі якоря

Реостат в ланцюзі збудження або регульоване джерело струму збудження

Керований перетворювач напруги

ДПТ ПВ

Зміною опору

Зміною магнітного потоку

Вниз Вгору

3 березня

Кранові механізми, електрична тяга Те ж

Реостат в ланцюзі якоря

Шунтування обмотки збудження

АД з короткозамкнутим ротором

Зміною частоти

Перемиканням кількості пар полюсів

Вгору і вниз

Вгору і вниз

50 і більше 4

Текстильні машини, рольганги, високошвидкісні механізми, центрифуги

Металорізальні верстати, преси, ліфти

Перетворювач частоти

Багатошвідкісний

АД

АД з фазним ротором

Зміною опору

Зміною напруги

Введенням і зміною додаткової ЕДС в ланцюзі ротора

Вниз Вниз Вниз

2 3 2

Механізми кранів

Транспортери, механізми кранів

Турбомеханізмів великої потужності

Реостат в колі ротора

Регулятор напруги статора Каскадні схеми

Мально можливий момент опору при пуску.

Перевірка попередньо обраних двигунів по нагріванню розглянута в § 50.4.

IV. Орієнтовний вибір способу управління двигуном для регульованого по швидкості ЕП може бути проведений за допомогою даних табл. 50.2.

Розрахунок регулювальних резисторів розглянуто в § 50.3 і більш докладно – в [50.2 - 50.4]. Вибір УП здійснюється по номінальному струму і напрузі двигуна з урахуванням можливих перевантажень і циклу роботи приводу, по необхідному діапазону регулювання напруги або частоти, а також з урахуванням характеру руху привода (реверсивного або нереверсивного). Дані по силовим УП постійного і змінного струму містяться в розд. 32.

V. Остаточний вибір системи ЕП виробляється на основі техніко-економічних розрахунків. Докладно ці питання висвітлені в [50.21-50.23].

VI. Формування необхідних статичних і динамічних характеристик і розрахунок елементів системи автоматизованого ЕП розглядаються в розд. 51.

VII. Заключний етап проектування ЕП зазвичай передбачає перевірку результатів проектування експериментально або методами фізичного або математичного моделювання.

50.6. ТЕХНІЧНІ ЗАСОБИ ЕЛЕКТРОПРИВОДА (СИЛОВА ЧАСТИНА). УЗАГАЛЬНЕНІ ТЕХНІЧНІ ДАНІ І ХАРАКТЕРИСТИКИ

Силову частину ЕП утворюють електродвігательную, перетворювальне і передавальне пристрою.

Електродвигуни пристрої

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 50.39. Усереднена залежність відносного опору кола якоря R "y == RJRHOm від номінальної потужності двигунів серії П

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 50.40. Усереднені залежності номінального ККД двигунів серій П і 2П від

Номінальної потужності: I – 2ПН, юному = 314 рад / с; 2 – П, <оном = 314,157, 105 рад / с; 3 – 2ПН, юному = 105 рад / с, 157 рад / с

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 50.41. Усереднені залежності запасу кінетичної енергії якоря двигунів серій

П і 2ПН від номінальної потужності Риом: 1 – П, соном = 157 рад / с; 2 – П, соном = 105 рад / с; 5-2ПН, соном = 157 рад / с; 4-2ПН, ti), "1M == 105 рад / с

Звичайно як електродвігательного пристрої використовуються двигуни змінного і постійного струму, що розрізняються за потужністю, швидкості, характеру руху, конструктивним виконанням, способам охолодження та захисту від впливу навколишнього середовища, статичних і динамічних характеристик і т. д. До двигунів загального призначення середньої потужності, найбільш широко використовуваним в промисловому ЕП, відносяться АД серій А2 і 4А і ДПТ серій П і 2П. Відомості за їх модифікаціям ї іншим серіям двигунів наводяться в розд. 25. Нижче даються деякі узагальнено-

Ві дані основного виконання двигунів цих серій. Усереднена залежність відносного опору кола якоря від номінальної потужності Рном при 20 ° С для двигунів серії П 1 -11 габаритів на номінальні швидкості від 314 до 78,5 рад / с і напруга 220 В показана на рис. 50.39.

На рис. 50.40, 50.41 показані усереднені залежності номінального ККД т) ном і запасу кінетичної енергії якоря Ду4 = Ja> о / 2 від номінальної потужності Рном для двигунів серії П на напругу 220 В, наявність яких необхідно при оцінці енергетичних показників роботи ЕП.

Область можливих значень електромеханічної постійної часу Тм = JRg / (k <t> ном) 2 двигунів серії П виділена штрихуванням на рис. 50.42.

ДПТ нової серії 2П призначені для ЕП з великим діапазоном регулювання швидкості і для ЕП, що використовують в першу чергу різні статичні перетворювачі. За рахунок раціонального конструювання та застосування нових матеріалів з високим ступенем їх використання вдалося в порівнянні з серією П підвищити потужність двигунів цієї серії в 2 – 3 рази при тих же висотах осей обертання, зменшити момент інерції якоря на 30-40%, подвоїти термін служби, знизити рівень шуму при роботі. Двигуни мають вбудований датчик швидкості (тахогенератор) з коефіцієнтом посилення 0,33 В-с/рад.

Двигуни серії 2П допускають за рахунок покращеної комутації підвищені навантаження по струму і моменту і мають кілька модифікацій. Наприклад, ДПТ серії 2ПН допускають струм (4 – s – 8) JHOM і момент (4 -4 – 5) Мном протягом 0,1-0,15 с.

На рис. 50.39 і 50.40 наведені відповідно значення номінального ККД ДПТ серії 2ПН на швидкості 314, 157 і 105 рад / с (напруга 220 В) і запасу кінетичної енергії якоря. Значення Тм = ХКя / (/ сФном) 2, де опір якірного ланцюга R "яв 0,5 RHOM (1 – Л ном), Для ДПТ серії 2ПН лежать в межах заштрихованої області на рис. 50.42.

На рис. 50.43 наведені порівняльні механічні характеристики різних модифікацій короткозамкнутих АТ.

Енергетичні показники АТ серії А2 характеризуються залежностями рис. 50.44 – 50.46, де відповідно наведені значення номінальних ККД Т} ном, коефіцієнта потужності cos Фном і запасу кінетичної енергії ротора АЛ для двигунів 1-9-го габаритів зі швидкостями ідеального холостого ходу С0 = 314, 157 і 105 рад / с. Значення 7М = Jco0 / Мкр, де Мкр – максимальний (кри-

1

2

3

50

Про 50 100 150 200 250 кВт

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 50.42. Усереднені залежності електромеханічної постійної часу Тм двигунів серій П і 2ПН від номінальної потужності

D 40 ВО 120 160 Рнон, к6т

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 50.43. Механічні характеристики модифікацій асинхронних короткозамкнених двигунів:

I – звичайного виконання; 2-е підвищеним пусковим моментом; 3-е підвищеним ковзанням

1,0 0,75

0,5

0,25

Про

Рис. 50.44. Залежності номінального ККД двигунів серій А2 і 4А від номінальної

Потужності Рном: I – А2, ч> 0 = 314, 157, 105 рад / с; 2 – 4А, і0 == 157, 105 рад / с; 3 – 4А, ш0 = 314 рад / с

Cosyтн

0,75 0.5

Про 50 100 150 200 250 Ріш, кВт

Рис. 50.45. Залежність номінального коефіцієнта потужності cos Фном двигунів серій А2 і 4А від номінальної потужності Рном (С0 = 314, 157, 105 рад / с)

Тичний) момент, розташовуються усередині заштрихованої області на рис. 50.47.

Енергетичні показники закритих обдуваються АТ серії 4А – номінальні ККД ■ Іншому, коефіцієнт потужності coscpHOM, запас кінетичної енергії ротора А А – характеризуються залежностями, наведеними на рис. 50.44 – 50.46. Для АТ цієї серії Тм лежить в межах заштрихованої області на рис. 50.47.

Криві на рис. 50.48 і 50.49 показує зміну ККД і cos (р АД серії 4А з синхронними кутовими швидкостями від 314 до 78,5 рад / с при зміні потужності на їх валу. Криві рис. 50.48 відповідають АД з номінальним ККД т | ном = 63, 70, 85 і 93%; криві рис. 50.49 – АД з номінальними коефіцієнтами потужності cos срном = 0,6; 0,7; 0,8 і 0,9. При коефіцієнті завантаження / (., = 1 (Р = Риом) АТ мають номінальні т] ном і cos Фном »при зміні потужності АД ф 1, РФ Рном) ці показники змінюються відповідно до кривими рис. 50.48 і 50.49.

Передавальне пристрій

В якості передавального пристрою використовуються різні редуктори, передачі гвинт – гайка, кривошипно-шатунні механізми, ремінні, ланцюгові, фрикційні передачі і т. д.

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 50.48. Значення ККД двигунів серії 4А при різних коефіцієнтах завантаження за потужністю fe3 для to0 = 314 – т – 78,5 рад / с

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 50.49. Значення cos ф двигунів серії 4А при різних коефіцієнтах завантаження за потужністю fe3 для С0 = 314 – т – 78,5 рад / с

Нижче наведені орієнтовні значення ККД ряду передавальних пристроїв при найменшому навантаженні.

TOC o "1-3" hz Циліндрична передача: Лном

З шліфованими прямими

Зубами …………………………………………. …………. 0,99

З нарізними прямими зубами 0,98 з необробленими прямими

Зубами …………………………………………. …………………….. 0,96

З косими зубами ………………………………….. 0,97 – 0,98

З шевронними Зубами …. 0,985

Конічна зубчаста передача. . . 0,97-0,98

Черв'ячна передача ……………………………………….. 0,6-0,8

Ремінна передача ………………………………………… .. 0,94 – 0,98

Клиноременева передача ……………………………… 0,8 – 0,98

Ланцюгова передача ………………………………………… ……. 0,98

Фрикційна передача ………………………………….. 0,7-0,8

Цапфи опор:

Погана змазка ………………………………………… …………. 0,94

Хороша мастило ………………………………………… ………. 0,97

Кільцева змазка ………………………………………… …… 0,98

Кульковий підшипник. i. . 0,99

Блоки …………………………………………. ……………………… 0,96-0,97

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 50.46. Усереднена залежність запасу кінематичної енергії ротора двигунів серій А2 і 4А від номінальної потужності Рном-

1 – 4А, С0 = 314 рад / с; 2 – А2, про> 0 = 314 рад / с; 3 – 4А, С0 = 157, 105 рад / с; 4 – А2, С0 = 157, 105 рад / с

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 50.47. Межі зміни електромеханічної постійної часу Тм двигунів серій А2 і 4А у функції номінальної потужності Рном Для С0 = 314, 157 і 105 рад / с

Поліспасти …………………………………………. ………….. 0,92-0,98

Барабан ланцюгової ………………………………………… ………………… 0,97

При частковому навантаженні ККД передачі може бути наближено визначений за кривими рис. 50.50, де = Мс / Мс расч – коефіцієнт завантаження передачі по моменту.

Криві рис. 50.51 дозволяють визначити ККД черв'ячної передачі Т1ч п залежно від кута підйому а нарізки.

При розрахунку моменту опору Мс, створюваного виконавчим органом ряду робочих машин, необхідно розташовувати значеннями коефіцієнтів тертя ковзання і кочення. Нижче наведені значення цих коефіцієнтів для деяких поверхонь:

Коефіцієнт тертя ковзання

Підшипники ковзання ………………………………. 0,07-0,1

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 50.51. Залежність ККД черв'ячної передачі від кута підйому нарізки:! – Черв'як та колеса чавунні необроблені змащені; 2 – фрезерований сталевий черв'як по бронзі, масляна ванна, 3 – ретельно виконана конструкція в масляній ванні

Кулькові і роликові підшипники 0,005-0,01 Підшипники з древпластмасс. . . 0,01 – 0,02 Бандажі по рейках 0,15-0,2

Дотичні поверхні Коефіцієнт

Тертя кочення, см

Необроблені колеса по рейках 0,1 Оброблені колеса по рейках 0,05

Основні дані редукторів загального призначення [50.25, 50.34, 50.35] наведено в табл. 50.3.

50.7. ТЕХНІЧНІ ДАНІ серійності КОМПЛЕКТНИХ ЕЛЕКТРОПРИВОДІВ

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 50.50. Залежність ККД зубчастих передач від коефіцієнта завантаження по моменту

Вітчизняна електропромисловість серійно випускає широку номенклатуру комплектних ЕП, які включають в себе Таблиця 50.3. Редуктори загального призначення

Потужність

Крутний

Швидкість

Тип

Вид редуктора

Швидкохідноговала Р6, кВт

Момент тихохідного валу МТ, Н ■ м

Передавальне число I

Швидкохідноговала Иб, рад / с

Л

ЦУ

Циліндричні одноступінчасті горизонтальні

-

250-4000

2-6,3

-

0,98

Ц2У

Циліндричні двоступінчасті горизонтальні

-

250-4000

8-40

0,97

Ц2У-Н

Те ж із зачепленням

-

7000-50000

8-50

52-157

0,97

Ц2Н

Новікова

ЦЗУ

Циліндричні триступінчаті горизонтальні

-

1000 – 4000

45-200

-

0,96

Ч

Черв'ячні одноступінчасті універсальні

-

85-2000

8-80

52-157

0,41-0,94

42

Черв'ячні двоступеневі універсальні

-

1300-2800

100-6300

157

0,16-0,75

Рц1-150А

Циліндричні одноступінчасті горизонтальні

2,8-51

-

1,83-6,61

63-157

0,97

РЦД-400

Циліндричні двоступінчасті горизонтальні

6,4-39,7

-

10-40

73,5-157

0.96

РМ

Циліндричні двоступінчасті горизонтальні

2,6-106

-

8,23-48,57

63-157

0,96

КЦ1

Конічно-циліндричні двоступінчасті

1,2-146

-

6,3-27,5

63-157

0,94

КЦ2

Те ж триступінчаті

0,7-146

-

28,3-182

63-157

0,91

Вк

Циліндричні триступінчаті вертикальні

1-13,6

19,7-109,6

63-105

0,91

Тиристорний УП, пристрої узгодження з мережею, комутаційну і захисну апаратуру, систему управління і регулювання ЕП, електродвигун з датчиком швидкості і джерело живлення кола збудження. Основні технічні дані деяких випускаються комплектних ЕП наведено в табл. 50.4.

У табл. 50.5 і 50.6 наведено дані комплектних ЕП серії ЕТ6 з ДПТ серії 2П (Б) і ЦЮ 3601, широко використовувані для ЕП механізмів верстатів та інших машин загального призначення.

У табл. 50.7 наведено дані комплектних ЕП серії КТЕ, розробленої для механізмів загального призначення та металургійної промисловості.

У табл. 50.8 наведено дані комплектних ЕП змінного струму, призначених для різних галузей народного господарства.

Таблиця 50.4. Комплектні електроприводи

Потужність, кВт

Номінальна швидкість, рад / с

Діапазон

Комплектність

Тип

Регулювання швидкості

Двигун

Перетворюючі пристрої

ЕПУ1-2П

0,75-11

105

20000

ПБ2П, 2П, 4П

Трансформатор, блок управління

ЕПУ1-2Д

1,5-37

1000

2ПРШ, П02П, ПБЗ

Трансформатор, блок управління, реактор

ЕПБ-1

50-100

10000

НС з датчиками швидкості та положення

Блок живлення, блок регулювання; силовий трансформатор, магнітний пускач

Ет-з

1,15-24

78,5-314

400

ПБСТ, 2П

Тиристорний УП, реактор, задат – чик швидкості

Ет-зи

0,18-1,9

104,7-314

1000

ПБСТ, ПСТ, 2ПБ, ПБЗ, ДК1

Блок регулювання, реактори, за – датчик швидкості

ЕТ-1

0,09-1,8

78,5-314

50

ПБС, 2П, 2ПБ, ПС, ЕП1

Блок регулювання, реактор, два задатчика швидкості

Етрп

1,6-30

78,5-348

400

Тиристорний УП, реактори, блок управління

Прп

0,15-0,5

105

1000

ДК1

Трансформатор, транзисторний УП, реактор

ЕШІР1

0,18-1,5

105

1000 30 000

ПБС (Т), ПБЗ, 2П, ДК1

Трансформатор, тиристорний УП, реактор

ЦЮ 7801

15-180

52,5-157

1000

Безколекторний

Таблиця 50.5. Комплектні ЕП серії ЕТ6 з двигунами серії 2П (Б)

Двигун

Трансформатор

Тип

'-НОМ'

Рном »

Люм,

"Ном,

«Я-

J,

Лном »

Т,

S,

Т,

Габарити (LxSxfl),

КВт

КВт

А

Об / хв

Ом

Ом

Мгн

Кг-м2

У

/ О

Кг

КВ-А

Кг

М

ЕТ6-Р-11-6

1,1

13,8

750

0,564

0,336

13

0,037

64

91

6

63

2,0

21,4

3000

0,103

0,11

1,8

0,017

81

61

6

63

2,1

23,1

800

0,235

0,151

7,1

0,083

77

147

6

63

0,36 х 0,2 х

2,4

26,1

1600

0,185

0,148

4,2

0,037

76,5

91

6

63

Х 0,29

ЕТ6-Р-11-8

110

3,2

34,2

• 1600

0,12

0,089

2,9

0,047

82

101

8

75

3,4

36,2

800

0,121

0,071

4,2

0,2

80,5

219

8

75

Етб-Р-11-11

3,7

40,3

2240

0,104

0,059

2,4

0,037

79,5

91

І

90

0,36 х 0,23 х

4,2

44,2

1500

0,081

0,056

2,6

0,083

83,5

147

11

90

Х 0,31

4,5

47,3

1000

0,084

0,056

3,1

0,2

82,5

219

11

90

ЕТ6-Р-11-14

5,3

54,7

1600

0,044

0,031

1,6

0,1

85,5

165

14

115

0,38 х 0,25 ж

Х0, 36

Продовження табл. 50.5

Двигун

Трансформатор

Тип

Р

^ Ном »

^ Ном »

"Ном»

Ля>

Лд, п,

AJ »

J,

Лном »

Т,

S,

Т,

Габарити (£ х Вх Н)

У

КВт

А

Об / хв

Ом

Ом

Мгн

Кг ■ м2

%

Кг

КВА

Ra-

М

5,6

29,2

1000

0,26

0,183

10,2

0,229

84,

240

14

LlS

6,0

30,7

2120

0,145

0,101

4,5

0,083

86,5.

147

14

115

0,38 х 0,26 х

ЕТ6-Р-11-19

7,1 8

36,3

1500

0,15

0,092

5,5

0,2

86,5

219

19

155

Х 0,66

220

40,6

950

0,125

0,08

5,3

0,3

87,5

331

19

155

8,1

41,7

3350

0,044

0,031

1,6

0,1

86,5

165

19

155

ЕТ6-Р-11-25

9,5

48,1

2240

0,084

0,056

3,1

0,2

88

-219

25

174

0,38 х 0,86 х

11

55,6

2240

0,065

0,044

2,6

0,229

89

240

25

174

Х 0,4

11

56,2

1500

0,083

0,053

3,7

0,3

88,5

331

25

174

Примітки: 1. ЕП тиристорний шестипульсного (ЕТ6) призначений для регулювання частоти обертання ДПТ у великому діапазоні (до 10 ТОВ: 1) і використовується в якості ЕП подач металорізальних верстатів та інших механізмів.

2. ЕП виконується в реверсивному (Р) виконанні з ДПТ 2П (етб-Р-Щ ПБСТ (ЕТ6-Р-12) і в реверсивному виконанні з гарантійними параметрами динаміки (С) з ДПТ СМТ (ЕТ6-С-13) і ПБЗ (ЕТ6 -С-14).

3. Напруга живильної мережі 380 В.

4. Схема випрямлення шестифазна Однополуперіодна зустрічно-паралельна.

5. Шафа управління з УП для всієї серії має один габаритний розмір 0,4 х 0,2 х 0,3 (м). Маса шафи УП 16 кг.

6. Для живлення УП використовуються трансформатори серії ТС шести типорозмірів (U2 – 104 або 208 В). Передбачається перехід серії на трансформатори ТС чотирьох типорозмірів (ик% = 2%)

S, кВ А

ДРК, Вт

6,3

175

10

220

16

340

25

380

7. Повне позначення ЕП має наступний вигляд: ЕТ6-Р-11-25/220-200/1500 У4, де 25 – потужність трансформатора, В-А; 220 – напруга двигуна, В; 200 – типорозмір двигуна; 1500-частота обертання двигуна, об / хв; У4 – кліматичне виконання.

Таблиця 50.6. Електроприводи комплектні тиристорні постійного струму ЦЮ 3601

Тиристорний УП

Трансформатор

Згладжує реактор

Тип

А

№ м>

У

Маса, кг

Габаритні розміри, м

Тип

S, КВА

І'

У

Тип

^ HOMi

А

L, мГн

БТУ 3601-36

115

ТСП-10/07-74 ТСЗП-10/07-74

10

105

40

230

18,5

0,4 х 0,25 х х 0,26

ТСП-16/07-74 ТСЗП-16/07-74

16

205

ДС-50 / 0,6

50

0,6

460

Відсутня

-

-

БТУ 3601-40

115

ТСП-16/07-74 ТСЗП-16/07-74

16

105

100

230

18,5

0,4 х 0,25 х х 0,26

ТСП-25/07-74 ТСЗП-25/07-74

25

205

ДС-100 / 0,2

100

0,2

460

Відсутня

-

-

Продовження табл. 50.6

Тиристорний УП

Трансформатор

Згладжує реактор

Тип

Аюм »

А

У

Маса, кг

Габаритні розміри, м

Тип

S, КВ-А

V2,

У

Тип

Аюм, А

L, мГн

БТУ 3601-43

115

ТСП-25/07-74 ТСЗП-25/07-74

25

105

200

230

48,5

0,4 х 0,25 х х0, 5

ТСЗР-63 / 0,200

-

205

-

-

-

460

-

-

-

Примітки: 1. До складу ЕП входять: ДПТ типу ПБЗ, ДП, ПБСТ, СМТ; тиристорний УП БТУ 3601;

Трифазний силовий узгоджувальний трансформатор типу ТЗ або трифазний струмообмежувальним реактор;

Джерело живлення обмотки збудження; автоматичний вимикач;

Згладжує реактор (за індивідуальним замовленням).

У комплект поставки двигун і трансформатор не входять і вибираються замовником.

2. Напруга мережі при трансформаторному і реакторному виконанні 380 В.

3. Параметри трансформаторів задаються при з'єднанні обмоток Л / Л.

4. Трансформатори мають додаткову обмотку власних потреб (S = 0,7 кВ ■ А).

5. Схема випрямлення трифазна мостова реверсивна.

Габаритні розміри, м

6. Тиристорні УП всіх типів, крім трансформаторного, мають реакторне виконання.

Таблиця 50.8. Електроприводи серії ЕКТ 2

Вихідні параметри

Маса Т. кг

S год

Її

25 25 63 63 160 160 160 250 400

0,6 0,6 0,8 0,8 0,8 0,8 1,400 1,600 1,800

2

2,4

2.4 3,2 2,8 2,8 2,8 3

2.5

300 320 700 720 740 750 1200 1350 1500

380

Тип

ЕКТ 2 25/380-50 УХЛ4 ЕКТ 2 25/380-200 УХЛ4 ЕКТ 2 63/380-50 УХЛ4 ЕКТ 2Р 63/380-200 УХЛ4 ЕКТ 2 160/380-50 УХЛ4 ЕКТ 2Р 160/380-50 УХЛ4 ЕКТ 2Р 160/380-200 УХЛ4 ЕКТ 2Р 250/380-200 УХЛ4 ЕКТ 2 400/380-50 УХЛ4

З до

Р

Ч CJ

<

Се

I про

І

£

Про

'II

* Е о к

Ft

1

Coscp

16,5

50

5-60

0,9

0,83

16,5

200

15-240

0,85

0,83

41,5

50

5-60

0,92

0,83

41,5

200

15-290

0,9

0,83

105

50

5-60

0,95

0,88

105

50

5-60

0,95

0,88

105

200

15-240

0,91

0,88

165

200

15-240

0,92

0,83

■ 263,5

50

5-60

0,96

0,88

Примітки: 1. ЕП виконаний на базі перетворювачів частоти з ланкою постійного струму.

2.ЕП виконаний реверсивним і використовується без датчика швидкості з серійними трифазними асинхронним короткозамкненим і синхронним реактивним двигунами.

3. Мережа живлення перетворювача частоти трифазна при UHOM – 380 В, / ном = 50 Гц.

4. Допустиме навантаження складає 150% номінального струму при тривалості 120 с.

5. Діапазон зміни напруги складає 0-380 В.

6 – 1тах – максимальне миттєве значення струму навантаження.

Таблиця 50.7. Комплектні тиристором ЕП серії КТЕ (постійного струму)

Номінальна напруга, В

Coscp при а = 0

Силовий трансформатор (тип)

Реактор згладжує

Габаритні розміри, м

Кількість шаф, шт.

Орієнтовна

Ціна, тис. руб.

JHOM »

А

Мережі

Перетворювача

Ч

%

Виконання

Тип

Індуктивність, мГн

Маса, кг

Довжина

Ширина

25 50 100 200 320

90

90

91

89

90

0,82 0,82 0,82 0,82 0,82

0,85 0,85 0,85

Реакторне

Відсутня

Відсутня

470 470 490 600 965

0,6 0,6 0,6 (1,2) 1,0 2,4 (3)

2,4 (3) 4 (4,6) 4 (4,6)

0,6 0,6 0,6 0,6 0,6

1 січня

1 (2) 1

3 (4)

3 (4) 4 (5) 4 (5)

6-7,5

500 800 1000

220

230

94

93 93

ФРОС-250/05 УЗ ФРОС-250/05 УЗ ФРОС-250/05 УЗ

0,6

990 1285 1360

0,6 0,8 0,8

25 50 100 200 320 500 800 1000 1600

88 88 89 87 87

92 89 89

93

0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,82 0,82 0,82 0,82

Транс-фор – матора – ве

ТСП-10/07-74 У4 ТСП-16/07-74 У4 ТСП-25/07-74 У4 ТСП-63/07-74 У4 ТСП-100/07-74 У4 ТСП-160/07-74 У4 ТСЗП- 400/10-УЗ ТСЗП-400/10 – УЗ ТСЗП-бЗО/Ю-УЗ

Відсутня

630 670 770 960 1620 1665 3000 3020 6030

0,8 0,8 1,0 (1,2) 1,0 2,4 (3)

2,4 6 (6,6) 6 (6,6) 7-8,6

0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 1,2 1,2 1,2

1 січня

1 (2) 1

3 (4) 3 (4) 4 (5) 4 (5) 4-7

12-13

25 50 100 200 320 500

92

93

96

94 94

97

0,88 0,85 0,88 0,88 0,88 0,87

Реакторне

Відсутня

Відсутня

470 470 490 600 965 965

0,6 0,6 0,6 1,0 2,4 (3) 2,4 (3)

0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6

1 1 1 1

3 (4) 3 (4)

8,1 8,1 6-9 9,5 10 9-10

800

95

0,86

ФРОС-250/05 УЗ

0,6

1285

4 (4,6)

0,6

4 (5)

19-20

1000

400

460

95

0,86

ФРОС-250/05 УЗ

0,35

1360

4 (4,6)

0,8

4 (5)

-

500 800 1000 1600

-

-

Трансформаторне

ТСЗП-400/10 УЗ ТСЗП-630/10 УЗ ТСЗП-630/10 УЗ ТСЗП-1000/10 УЗ

ФРОС-250/05 УЗ ФРОС-250/05 УЗ ФРОС-250/05 УЗ

0,6

0,35

0,6

2590 4395 4470 7080

4,8 (5,4) 6 (6,8) 6,2 (6,8) 7,2 – г – 8,8

1,2

4 (5) 4 (5) 1 (5) 5-7

17 26

500 800 1000 1600

600

660

95

94

95

96

0,85

ТСЗП-400/10 УЗ ТСЗП-630/10 УЗ ТСЗП-1000/10 УЗ ТНЗП-1600/10 УЗ

ФРОС-125/05 ФРОС-250/05 ФРОС-250/05 ФРОС-250/05

0,75 0,6 0,35 0,6

2590 4395 5515 1183 0

5 (5,6) 6,2 (6,8) 6,4 (7) 8,8 (9,4)

1,2

4 (5) 4 (5) 4 (5) 5-7

26

КТЕ

Зв'язок з мережею живлення

1 – реакторне виконання

2 – трансформаторне виконання Режим роботи

1 – нереверсивний

2 – реверсивний з реверсором

3 – реверсивний з двома комплектами Виконання приводу

1 – однодвигуновий без контактора

2 – дводвигуновий

3 – багатодвигунний

5 – однодвигуновий з контактором 9 – з регулюванням по ланцюгу збудження Номінальна напруга

50.8. ПРИКЛАДИ ПРОЕКТУВАННЯ

У цьому параграфі на конкретних прикладах розглянуто деякі типові питання, які зазвичай виникають при проектуванні нескладних ЕП виробничих механізмів: визначення потужності і вибір електродвигуна, перевірка його по нагріванню для заданого циклу роботи виробничого механізму, вибір УП для управління двигуном. При проектуванні складних систем автоматизованого ЕП таких виробничих механізмів, як прокатні стани, металорізальні верстати, підйомно-транспорт – ні механізми і т. д., необхідно використання спеціальної літератури, наприклад [50.18 - 50.20, 50.33, 50.36].

Приклад 1. Визначити потужність приводного електродвигуна поршневого насоса, який подає воду на висоту Н = 60 м з витратою Q = 0,02 м3 / с. Горизонтальна довжина магістралі I = 1200 м при діаметрі труб d = 135 мм, магістраль містить дві заслінки, два вентилі і чотири коліна в 90ті з радіусом заокруглення R = 500 мм. ККД насоса т | ном = 81%, ККД механічної передачі від двигуна до насоса т | м> п = 95%. Режим роботи насоса тривалий.

Потужність двигуна, кВт, для насоса визначається за формулою

Р Ql9 (H + АН)

1000т) номті | м, 11 '

Де ДЯ – падіння напору в елементах магістралі, м; у – щільність рідини, що перекачується, кг/м3; g = 9,81 – прискорення вільного падіння, м / с[†].

Як випливає з розгляду цієї формули, основне завдання при визначенні потужності ЕП пов'язана з визначенням падіння напору в елементах магістралі АН. Це падіння складається з падіння напору в самій магістралі дям, падіння напору в її колінах ДЯК і падінь напору в заслінках АН3 і вентилях АНВ:

АН = АНМ + ДЯК + ДЯ3 + АНВ.

Падіння напору в магістралі визначається за формулою

Дям = alv1, 15/d1 '25,

Е

4Q

71 d2

- = 1,4 м / с.

Де а – 0,00074 для нових чавунних труб; а = 0,00092 для чавунних труб, що були у вжитку; v – швидкість води:

4-0,02 3,14-0,135 '

Отже, Ани = 0,00092-1200-1,41-75 / 0,1351-25 = 24,37 м.

Падіння напору в колінах, заслінках і вентилях знаходиться за формулою АН; = fc; i> 2/2gr, де ki визначається типом арматури.

Для колін при d / R = 135/500 = 0,27 маємо / <к = 0,155 і падіння напору для чотирьох колін (і = 4)

V2 142

ДЯК = кк ~ п = 0,155 = 0,062 м.

До 2Ц 2-9,81

'I »

Для вентилів кв = 0,49, і при двох вентилях падіння напору АНВ = 0,49 ■ 1,42 ■ 2/2 ■ 9,81 == 0,384 м.

Для заслінок = 0,063, і при двох заслінках ДЯ3 = 0,063 • 1,42 • 2/2 ■ 9,81 = 0,013 м.

Сумарне падіння напору

АН = 24,37 + 0,062 + 0,013 + 0,384 = 24,83 м.

: 21,63 кВт.

Р =

Необхідна потужність приводного двига-

0,02-103-9,81 (60 + 24,83) 1000-0,81-0,95

Приклад 2. Спроектувати ЕП стрічкового транспортера, продуктивність якого Q повинна змінюватися від 10 до 100 т / год (від 2,8 до 28 кг / с). Швидкість руху стрічки v = 0,5 м / с, висота підйому транспортується Н = 12 м, довжина шляху переміщуваного матеріалу L-50 м. Діаметр ведучого барабана D – 0,51 м, передавальне число редуктора i = 50, ККД редуктора т ) р = 0,85. ЕП встановлюється в запиленому приміщенні, режим роботи конвеєра тривалий, напруга живильної трифазної мережі 380 В.

Потужність двигуна для приводу стрічкового транспортера визначається за формулою

I

Р = kiQg (Сl + H), 1000г) р

Де к3 = 1,1 1,3 – коефіцієнт запасу; с – досвідчений коефіцієнт, визначений за табл. 50.9 залежно від довжини L і продуктивності Q конвеєра.

Таблиця 50.9

L, м

Q, т / год (кг / с)

10 (2,8)

20 (5,6)

50 (14)

100 (28)

200 (56)

400 (112)

10

2

1,4

0,92

0,67

0,5

0,37

50

0,66

0,5

0,35

0,27

0,22

0,18

125

0,35

0,28

0,21

0,17

0,14

0,12

Користуючись даними табл. 50.9, визначаємо потужність двигуна для максимальної продуктивності:

Р =

1,2-28-9,81

-(0,27 -50 + 15) = 9,9 кВт.

1000-0,85

Швидкість ведучого барабана С6 = 2i) / Dg = 2-0,5 / 0,51 = 1,96 рад / с.

Швидкість вала двигуна

О = ю6г = 1,96-50 = 98 рад / с = 936 об / хв.

Враховуючи важкі умови роботи ЕП, орієнтуємося на використання коротко – замкнутого АТ. Для розрахованих потужності і швидкості з серії 4А може бути використаний закритий обдувається двигун типу 4А160 6УЗ з наступними паспортними даними: Рном = 11 кВт, toHOM = 102 рад / с, ККД = 86,0%, cos Фном = 0,86, / ном = 22,6 А при Vc = 380 В.

Зміна продуктивності конвеєра забезпечимо за рахунок регулювання швидкості АД, для чого використовуємо статичний тиристорний УП частоти. Орієнтуючись на серію ЕКТ 2 (див. табл. 50.8), вибираємо агрегат типу ЕКТ 2 25/380-504, УХЛЧ з наступними паспортними даними: Рном = 16,5 кВ-А, 1 кому = 25 А, маса 300 кг. Використання регульованого частотного асинхронного ЕП забезпечує економічне зміна продуктивності транспортера.

Приклад 3. Перевірити на нагрів двигун постійного струму незалежного збудження типу Д22, що приводить у рух візок мостового крана. Кінематична схема механізму пересування візка зображена на рис. 50.52, де позначено: Д – двигун, Т – гальмо, М – муфти, Р – редуктор, ХВ – ходовий вал, ХК – ходові колеса.

Дані мостового крана і візка: маса корисного вантажу mr = 5000 кг, маса візки щ = 1820 кг, швидкість руху візка vT = 0,75 м / с,, радіус ходового колеса jRx к = 0,275 м, діаметр цапфи ходового колеса dn = 0 , 08 м, передавальне число редуктора i = 41, 34, ККД передачі при повному навантаженні Г | п = 0,85, момент інерції муфти з гальмом на валу двигуна / МТ =, 0Д кг-м2, момент інерції ходового валу з муфтами і ходовими колесами – 1,6 кг-м2; довжина прольоту моста L = 24 м.

Розрахунковий цикл роботи візка: рух на відстань / р = L / 2 = 12 м в одну сторону з повним вантажем і в іншу сторону без вантажу, кількість циклів на годину N = 30.

Дані двигуна Д22: Рном = 4,8 кВт при

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 50.52. Кінематична схема механізму пересування візка крана

ПВ = 40%; Юній = 120 рад / с; / ном = 26 А; С / ном = 220 В; Jm = 0,155 кг-м2.

Для перевірки двигуна на нагрів слід розрахувати і побудувати навантажувальну діаграму, тобто залежність моменту двигуна у функції часу M (f).

Навантажувальна діаграма включає ділянки перехідних режимів двигуна (пуск, гальмування), усталеного руху і пауз.

Момент статичного опору при русі візка з вантажем розраховується за формулою

М _ До 9 ("У + тт) (СЦД + / к) ЛПГ

Де цс – коефіцієнт тертя ковзання (див. с. 32); / к – коефіцієнт тертя кочення (див. с. 32); / ср – коефіцієнт, що враховує тертя реборд ходових коліс об рейки, зазвичай kp = 2-i – 2, 5.

Підставляючи у формулу чисельні значення, знаходимо

2,25 • 9,81 (5000 +1820) (0,1 -0,04 +0,001)

Мс, г = -

0,85-41,34 = 21,4 Н-м.

Момент статичного опору при русі візка без вантажу

Мс0 = мм на / з + / к).

Л г о '

М 2,25 • 9,81 • 1820 (0,1 • 0,04 +0,001)

Мс0 = ————————- 0 ^ 34———– ——— —— = М Н * М '

Де т) п0 = 0,7 знаходиться по кривих рис. 50.50 для

/ <3 = щ-Кщ + тт) = 0,27.

W -

Приведений до валу двигуна момент інерції візка з вантажем

J-Lt = Jm + – V т + jf + (Mr + r> b)

До повної швидкості з вантажем (/ п,.) І без нього, / ",, = 1> ном {п, г / 2 = 0,75 -1,07 / 2 = 0,4 м; 'по =« Wno / 2 = 0,75 -0,53 / 2 = 0,2 м.

Приймаючи, що гальмування візка здійснюється за допомогою механічного гальма з моментом Л / т = 2М "ом, розраховуємо час гальмування візка з повній швидкості з вантажем (tT> r) і без вантажу (tT0):

ЩрайЛ

Т

0,327-120

£ то =

Л:, ® ном _ 0,522-120

= 0,62 с;

МТ + Мс_г 80 + 21,4 JEOCOHc

= 0,45 с.

Мт + Мс0 80 + 6,4

Шлях, прохідний візком при гальмуванні з вантажем і без вантажу,

А, г / 2 = 0,75 – 0,62 / 2 = 0,23 м;

ITo = Wto / 2 = 0,75-0,45 / 2 = 0,17 м.

М, Н-м

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 50.53. Навантажувальна діаграма (а) і тахо – грама (б) двигуна візки

Шлях, прохідний візком при сталому русі з вантажем і без вантажу,

1у0 = / п – 'l

П0 '

/ У г = / р – / аг – = 12 – 0,4 – 0,23 = 11,37 м;

Гт0 = 12-0,2-0,17 = 11,63 м.

0,75 V 120 /

= 0,155 + 0,1 + – ^ ЦГ + (5000 + 1820) 41,34

Час усталеного руху візка з вантажем і без вантажу:

= LyoK

Ty, r = ly, г / »ном = 11,37 / 0,75 = 15,2 с;

11,64 / 0,75 = 15,5 с.

: 0,522 кг-м2.

Приведений до валу двигуна момент інерції візка без вантажу

0j752 _

4ш * +18201 Т207 -

= 0,327 кг-м2.

Приймаючи середній момент двигуна Мср під час пуску незмінним і рівним 2Мн6м, визначаємо час пуску візка з вантажем (п, г і без вантажу tn0 до номінальної швидкості:

= 0,155 + 0,1 +

Г ® ном JЕ [шному

Загальний час одного циклу роботи візки

_ 3600 3600 ...

Т "= ----------------------- = -------- = 120 с.

Ц N 30

Час пауз в одному циклі складає

To = Т'ц - ty, r - tyo - tnir - tnQ - t,., - TTo =

= 120 - 15,2 - 15,5 - 1,07 - 0,53 - 0,62 - 0,45 == 86,63 с.

Відносна розрахункова тривалість включення двигуна

ЯВР = ^ 100% = ^ 100% =

33,37 120

1 II III

100% = 28%.

: 1,07 з:

Гп0 =

2Міом - Мс, г

МСР - Мс_г = 0,522-120 80-21,4 л '0 «> ном 0,327-120

= 0,53 с.

МСР-Мсо 80-6,4 Шлях, прохідний візком при розгоні

Навантажувальна діаграма двигуна, відповідна отриманими даними, наведена на рис. 50.53. Розраховуємо з її допомогою еквівалентний момент двигуна А / ек> р за час його роботи в розрахунковому циклі з ПВР = 28%, врахувавши також погіршення тепловіддачі двигуна в перехідних процесах за допомогою

Коефіцієнта погіршення тепловіддачі р = 0,5:

AQn,R + AQnO + М с, г * у, з + M2C0Ty0

М.

P (* n, r + tno) + ty. r + tyO

Перерахуємо ПВСТ = 40%:

М.

Стандартне

/ 28 40:

= М "

Мм

= 15,8 Нм.

Ек, р

13,2 Нм.

Так як МЕКСТ = 13,2 Н-м <40 Н-м = Мном, двигун по нагріванню проходить з великим запасом. Тим самим даний привід візки може працювати і в більш напруженому циклі або ж у ньому може бути використаний двигун меншої потужності.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

50.1. ГОСТ 16593-79. Електроприводи. Терміни та визначення.

50.2. Основи автоматизованого електроприй - вода / М. Г. Чілікін, М. М. Соколов, В. М. Терехов, А. В. Шинянского. М.: Енергія, 1972. 568 с.

50.3. Ключів В. І. Теорія електроприводу: Підручник для вузів. М.: Вища школа, 1985. 560 с.

50.4. Вешеневскій С. Н. Характеристики двигунів в електроприводі. М.: Енергія. 1977. 432 с.

50.5. Довідник з автоматизованого електроприводу / За ред. В. А. Єлісєєва, А. В. Шіня-ського. М.: Енергоатом іздат, 1983. 616 с.

50.6. Чілікін М. Г., Сандлер А. С. Загальний курс електроприводу. - 6-е вид. М.: Енергія, 1981. 376 с.

50.7. Москаленко В. В. Автоматизований електропривод: Підручник для вузів. М.: Енергоатом - іздат, 1986. 416 с.

50.8. Іллінський Н. Ф. Електроприводи постійного струму з керованим моментом. М.: Енер-гоіздат, 1981. 144 с.

50.9. Каган В. Г., Лебедєв Г. В., Малінін Л. І. Напівпровідникові системи з двигунами послідовного збудження. М.: Енергія, 1971. 96 с.

50.10. Зимін Е. Н., Яковлєв В. І. Автоматичне управління електроприводами. М.: Вища школа, 1979. 318 с.

50.11. Сандлер А. С., сарбат Р. С. Автоматичне частотне керування асинхронними двигунами. М.: Енергія. 1974. 328 с.

50.12. Юревич Є. І. Теорія автоматичного управління. Л.: Енергія, 1975. 416 с.

50.13. Електромагнітні 'перехідні процеси в асинхронному електроприводі / М. М. Соколов, Л. П. Петров, Л. Б. Масанділов, В. А. Ладензон. М.: Енергія, 1967. 200 з.

50.14. Дискретний електропривод з кроковими двигунами / За заг. ред. М. Г. Чиликин. М.: Енергія, 1971. 624 с.

50.15. Соколов М. М., Сорокін Л. К. Електропривод з лінійними асинхронними двигунами. М.: Енергія, 1974. 136 с.

50.16. Свечаріік Д. В. Лінійний електропривод. М.: Енергія, 1979. 152 с.

50.17. Міхальов А. С., Міловзоров В. П. Стежать з безконтактними двигунами постійного струму. М.: Енергія, 1979. 160 с.

50.18. Бичков В. П. Електропривод і автоматизація металургійного виробництва. М.: Вища школа, 1977. 391 з.

50.19. Сандлер А. С. Електропривод і автома - тізвція верстатів. М.: Вища школа, 1972. 440 з.

50.20. Ключів В. І., Терехов В. М. Електропривод і автоматизація загальнопромислових механізмів. М.: Енергія, 1980. 360 з.

50.21. Методика (основні положення) визначення економічної ефективності використання в народному господарстві нової техніки, винаходів і раціоналізаторських пропозицій. М.: Економіка,

1977. 8 с.

50.22. Черкухін А. А., Флаксерман Ю. Н. Економіка енергетики СРСР. - 4-е вид. М.: Енерго - Атомиздат, 1985. 16 с.

50.23. Ріпс Я. А., Савельєв Б. А. Аналіз та розрахунок надійності систем керування електроприводами. М.: Енергія, 1972. 248 с.

50.24. Івоботенко Б. А., Іллінський Н. Ф., Копилов І. П. Планування експерименту в електромеханіки. М.: Енергія, 1975. 184 с.

50.25. Краузе Р. Н., Крутилін Н. Д., Сицко С. А. Редуктори: Довідковий посібник. Л.: Машинобудування, 1972. 144 с.

50.26. Комплектні системи керування електроприводами важких металорізальних верстатів / Под ред. А. Д. Поздєєва. М.: Енергія, 1980. 288 с.

50.27. Асинхронні двигуни серії 4А: Довідник / А. Е. Кравчин, М. М. Шлаф, В. І. Афонін, Е. А. Соболенская. М.: Енергоіздат, 1982. 504 з.

50.28. Номенклатура виробів силової перетворювальної техніки. Запоріжжя: ПО «Перетворювач», 1979. 72 с.

50.29. Силові напівпровідникові перетворювачі в металургії: Довідник / Под ред. С. Р. Ре - зінского. М.: Металургія, 1976. 184 с.

50.30. Довідник по перетворювальної техніки / Под ред. І. М. Чиженко. Київ: Техніка,

1978. 447 с.

50.31. Каталоги 05.03.29 - 74. М.: Інформ - електро. 1974.

50.32. Зведений каталог Інформелектро, вип. 1. Регульований електропривод, 1974.

50.33. Борисов Ю. М., Соколов М. М. Електроустаткування підйомно-транспортних машин. М.: Машинобудування, 1971. 376 с.

50.34. Редуктори і мотор-редуктори загальномашинобудівного застосування: Довідник / Л. С. Бойко, А. 3. Висоцький, Е. Н. Галиченко та ін М.: Машинобудування, 1984. 247 з.

50.35. Кузьмін А. В., Марон Ф. Л. Довідник з розрахунками механізмів підйомно-транспортних машин. Мінськ: Вища школа, 1983. 350 з.

50.36. Капунцов Ю. Д., Єлісєєв В. А, Ілля - Шенк Л. А. Електрообладнання та електропривод промислових установок. М.: Вища школа, 1979. 359 з.

Розділ 51

Автоматичного керування електроприводами

ЗМІСТ

Умовні літерні позначення елементів СУ ЕП, прийняті в розділі

51.1. Визначення та класифікація систем автоматичного керування електроприводами

51.2. Електричні схеми систем автоматичного керування електроприводами

51.3. Елементи систем автоматичного управління електроприводами і їх вибір

51.4. Основні вимоги, що пред'являються до систем автоматичного керування електроприводами

51.5. Релейні системи автоматичного керування Електроприводами ....

42

43

43

44

44

44

51.6. Системи автоматичного управління регульованого електроприводу. Загальні положення (48). Системи управління регульованих електроприводів постійного струму з підсумовуючим підсилювачем (48). Системи управління регульованих електроприводів постійного струму з підлеглим регулюванням координат (53). Комплектні електроприводи постійного струму. Електроприводи уніфіковані трифазні і однофазні серій ЕПУ1 і ЕПУ2 (62). Електроприводи серії ЕПУ1 (62). Електропривод ЕПУ1-2П (63). Електропривод ЕПУ1-2Д (двозонний-ний) (69). Комплектні тиристорні електроприводи постійного струму серії КТЕ (71). Швидкодіючі електроприводи постійного струму з широтно - імпульсними перетворювачами (75). Система управління електроприводу постійного струму з силовим джерелом струму (77). Цифро-аналогові системи управління швидкістю електроприводу постійного струму (79). Системи управління електроприводів змінного струму (80). Асинхронний електропривод з тиристорної станцією управління ТСУ-2 (83). Асинхронний електропривод з перетворювачем частоти типу ЕКТ-20 (84). Комплектний асинхронний електропривод типу «Розмір 2М-5-2» (85). Комплектний тиристорний електропривод змінного струму серії ЕПБ1 і ЕПБ2 (86)

51.7. Системи управління позиційних і електроприводів, що стежать. Системи управління позиційного електроприводу (87). Аналогова система регулювання положення (87). Цифро-аналогова система регулювання положення (88). Системи управління слідкуючого електроприводу (88). Аналогова система управління слідкуючого електроприводу з підсумовуючим підсилювачем (91). Аналогові СУ СЕП з підлеглим регулюванням координат (92). Цифрові системи керування слідкуючого електроприводу (93)

51.8. Системи програмного керування електроприводами (93). Визначення та класифікація систем програмного керування (93). Системи числового програмного керування (95)

51.9. Системи адаптивного керування електроприводами

51.10.Мікропроцессорние системи управління електроприводами

51.11.Сістеми управління виробничих комплексів і гнучких автоматизованих виробництв. Гнучкі виробничі комплекси (ЦПК) (105). Гнучкі автоматизовані виробництва (ГАП) (107)

51.12.Прінціпи проектування систем автоматичного керування електроприводами

97

99

108116

Список літератури ................................................ ................

УМОВНІ ЛІТЕРНІ ПОЗНАЧЕННЯ ЕЛЕМЕНТІВ СУ ЕП, ПРИЙНЯТІ В РОЗДІЛІ

М - електричні двигуни постійного струму (з обмоткою збудження LM) ДПТ і змінного струму: асинхронні АД і синхронні СД П (U) - перетворювальне пристрій ЕП (пре - • образователь змінної напруги в постійне)

ПЯ (UM), ПВ (UL) - перетворювачі ланцюгів якоря

І збудження ДПТ ТПЯ (UM), ТПВ (UL) - те ж тиристорні перетворювачі (ТП) ІЕП (UAM), ІТ (UAM) - індуктивно-ємнісний

Перетворювач, джерело струму ТПН (UV) - тиристорний перетворювач напруги (змінного в змінну)

ТПЧ (UZ) - тиристорний перетворювач частоти І (UZ), ІН (UZV), ІТ (UZA) - інвертор, інвертори напруги і струму Вп (U) - випрямляч

СІФК (AU) - система імпульсно-фазового керування (СІФК) СІФК (AUM), СІФУВ (AUL) - СІФК ТП ланцюгів якоря і збудження ДПТ

СуВ (AUU), СУИ (AUZ) - система управління

(СІФК) випрямляча та інвертора УФС (AU) - пристрій фазосмещенія ТЗ (ТМ), ТУ (ТС), ТН (TV), ТТ (ТА), ТВ (TL) - трансформатори силовий і управління; напря-

Вання, струму, живлення перетворювача збудження L - реактор

PC (AR), РТ (АА), РН (AV), РЕ (АЕ) - регулятори швидкості, струму; напруги і ЕРС РТЯ (ААМ), РТВ (AAL) - регулятори струму ланцюгів

Якоря і збудження ДПТ РМП (РФ) - регулятор магнітного потоку ЗС (SR), ЗП (SQ), ЗИ (SJ) - задатчики швидкості,

Положення, інтенсивності ЗІС (SJR), ЗИТ (SJA) - задатчики інтенсивності

Швидкості та струму ЦЗС (SRZ) - цифровий задатчик швидкості ДС (BR), ДТ (UA), ДН (UV), ДЕ (UE), ДП (UQ), ТД (UT) - датчики швидкості (тахогенератор), струму, напруги , ЕРС, положення і температури

ДПВ (UVS), ДСВ (UVS) - датчики провідності

(Або стану) вентилів (тиристорів) ПДВ (BRF), ЦДС (BRZ) - імпульсний і цифровий датчики швидкості ІДП (BQF), ЦДП (BQZ) - імпульсний і цифровий

Датчики положення УО (AS), БО (AS), БР (AS) - керуючий орган,

Блок управління, блок регулювання БУК (ASK) - блок управління безконтактними ключами У (А) - підсилювач С (AW) - суматор Сл (S) - селектор

ФП (AU) - функціональний перетворювач ФПЕ (AUE), ФПП (AUQ) - функціональні перетворювачі ЕРС і становища ФЧС (UFS), ФЧВ (UFR) - формувачі частоти

Ковзання та частоти обертання ФЗТ (USA), ФАТ (UAA) ^ формувачі завдання

І амплітуди струму; ФЧВ (UFY) - фазочуттєві випрямляч; ЦАП (UZY), АЦП (UYZ) - перетворювачі: цифро-

Аналоговий і аналого-цифровий ЦИ (AJZ) - цифровий інтегратор БС (AM), БП (AG), БЗ (AF), БТО (AAF), БПК (AGC) - блоки, силовий, живлення, захисту, токоограні - чення і підзарядки конденсаторів КУ (AD), A3 (AD), НЗ (АН), ЗО (AF) - коригуючий пристрій і ланки: аперіодичне, нелінійне, обмеження ЛУ (AD) - логічний пристрій УС (AS) - пристрій узгодження УВ (AU) - пристрій введення

МУ (АХ), ДУ (АР) - розмножувальне та ділильних

Пристрої Ф (F) - фільтр

РІ (AZ) - розподільник імпульсів РЕ (АК) - релейний елемент ПХ (SA) - перемикач характеристик ТК (К) - транзисторний ключ Рс (RM), Рі (RC) - редуктори силовий і вимірювальний

51.1. ВИЗНАЧЕННЯМ КЛАСИФІКАЦІЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЧНОГО КЕРУВАННЯ ЕЛЕКТРОПРИВОДАМИ

Автоматичне управління електроприводами (ЕП) зводиться до виконання системами управління електропривода (СУ ЕП) заданого виконавчому органу робочої машини (ІОРМ) режиму роботи без безпосередньої участі оператора.

СУ ЕП являє собою автоматизований ЕП з керованим перетворювальних пристроєм, що забезпечує керування рухом ІОРМ в перехідних і сталих режимах відповідно до заданим алгоритмом управління.

СУ ЕП класифікуються наступним чином.

Релейні СУ ЕП. Вони здійснюють управління процесами пуску, реверсування і гальмування двигунів постійного та змінного струму при живленні їх від мережі з незмінним напругою.

Регульовані СУ ЕП (СУ РЕП). Вони здійснюють стабілізацію швидкості і моменту із заданою точністю в сталих і перехідних режимах при дії збурюючих впливів.

Стежать СУ ЕП (СУ СЕП). Вони являють собою замкнуту динамічну систему управління, відпрацьовувати довільний закон завдання положення з допустимою похибкою. Сюди ж відносяться позиційні ЕП (СУ ПЕП), що є окремим випадком стежать, коли відпрацьовується постійне задане положення із заданою похибкою.

Програмно-регульовані СУ ЕП, звані програмними СПУ ЕП. Вони забезпечують управління індивідуального або групового ЕП за заданою програмою.

Адаптивні СУ ЕП (СУ АЕП). Вони здійснюють управління з урахуванням заздалегідь невідомих змін параметрів ЕП при змінах зовнішніх возмущаюшіх впливів.

51.2. ЕЛЕКТРИЧНІ СХЕМИ СИСТЕМ АВТОМАТИЧНОГО КЕРУВАННЯ ЕЛЕКТРОПРИВОДАМИ

Автоматизований ЕП, що представляє собою електромеханічну систему, включає в себе комплекс пов'язаних між собою механічних і електротехнічних пристроїв. Весь цей комплекс пристроїв, їх елементів і зв'язків між ними зображується на кресленнях у вигляді схем, що представляють собою графічні конструкторські документи (див. розд. 10). Види і типи схем встановлені ГОСТ 2.701-76 і СТ СЕВ 527-77. По виду пристроїв схеми поділяються на електричні, гідравлічні, пневматичні, кінематичні та ін Електричні схеми по типу (призначенням) поділяються на структурні, функціональні, принципові, еквівалентні, з'єднань, підключень, розташування та ін Правила виконання схем регламентуються ГОСТ 2.702-75 і СТ СЕВ 158-75 (див. § 10.4). Кожному пристрою, їх елементам і функціональним частинам, які входять в схему, присвоюється літерно - цифрове позиційне позначення згідно ГОСТ 2.710-81 (див. § 10.4). Електротехнічні пристрої та їх елементи в електричних схемах зображуються умовними графічними позначеннями згідно з різними ГОСТ (див. § 10.5 і [51.2]).

51.3. ЕЛЕМЕНТИ СИСТЕМ АВТОМАТИЧНОГО КЕРУВАННЯ ЕЛЕКТРОПРИВОДАМИ ТА ЇХ ВИБІР

Елементи, з яких складаються СУ ЕП, вельми різноманітні. До них відносяться електричні машини (див. розд. 25, 26), трансформатори (розд. 22), напівпровідникові перетворювачі (розд. 32), електромашинні, магнітні й напівпровідникові підсилювачі (розд. 26, 32), датчики (розд. 29) , тахогене – ратора (розд. 26), електричні апарати (розд. 29, 30), безконтактні логічні елементи серії «Логіка І» [51.7], мікросхеми типу К511, К155 і ін [51.1], а також елементи універсальної блокової системи регулювання: аналогові УБСР-АІ і дискретні УБСР-ДІ [51.2, 51.9, 51.33] і комплекс технічних мікропроцесорних засобів Мі – кроДАТ [51.53].

51.4. ОСНОВНІ ВИМОГИ,

Пропоновані до системи автоматичного керування електроприводом

Технічне завдання на ЕП включає:

А) технологічні режими роботи об'єкта управління, що визначають режим роботи і потужність електродвигуна, перетворювача та інших пристроїв СУ ЕП;

Б) рід струму та напруга живлення ЕП;

В) тип двигуна, перетворювача і системи управління;

Г) статичні (діапазон регулювання, жорсткість механічної характеристики) і динамічні (характер процесу, швидкодія і перерегулювання) показники автоматичного регулювання швидкості при заданих збуреннях;

Д) енергетичні показники ЕП (ККД і cos ф);

Е) кліматичні умови роботи, навколишнє середовище та ін

При проектуванні СУ ЕП до них висуваються такі вимоги:

1) простота, гнучкість і зручність управління;

2) висока надійність систем управління;

3) наявність захисту, сигналізації та індикації, можливість діагностики несправностей;

4) зручність монтажу, експлуатації та ремонту;

5) мінімальні масогабаритні та економічні показники;

6) вимоги охорони праці, які включають безпеку обслуговування і протипожежні заходи.

51.5. Релейного системи автоматичного керування електроприводом

Релейні СУ ЕП здійснюють управління процесами пуску, реверса й гальмування двигунів постійного та змінного струму при живленні їх обмоток від живильних мереж з постійною напругою. Схеми релейних СУ ЕП виконуються з контактними (реле, контактори) і безконтактними (логічні елементи) електричними апаратами. Зазвичай схеми з контактними апаратами складаються з типових вузлів, які забезпечують управління швидкістю і моментом двигунів за принципами часу, швидкості, струму і шляхи. Апарати керування і переважна область застосування принципів управління, їх достоїнства і недоліки наведено в табл. 51.1.

В електричних схемах релейних СУ ЕП використовуються також типові вузли електричного захисту, що забезпечують нульову, максимально – і мінімально-струмовий, теплову, колійну та спеціальну захисту, що підвищують надійність роботи схем і виключають вихід з ладу електричного обладнання в аварійних ситуаціях.

Релейні системи управління двигунами постійного і змінного струму з контактними електричними апаратами випускаються у вигляді станцій керування, що представляють собою об'єднане загальною конструкцією комплектний пристрій, призначений для дистанційного автоматичного управ-

Таблиця 51.1. Принципи управління ЕП і області їх застосування

Недоліки

Переваги

Принцип

Апаратура управління

Переважна область застосування

Часу

Швидкості (частоти обертання)

Реле часу: електромагнітні РЕВ-800, РЕВ-80, пневматичні РКВ, напівпровідникові BJ1, Герко – нові РВГ, РС-30

Струму

Шляхи

Реле напруги: РЕВ-820, РЕВ-301, РП-20, РП-21, РП-23, реле контролю швидкості РКСМ

Реле струму РЕ-70, РЕ-530, РЕ-570, РЕВ-830, РЕВ-870, РЕВ-302

Колійні та кінцеві вимикачі типів ВК, БВК, МП, ВП, ВПБ та ін

1. Простота, надійність

2. Зразкове сталість часу пуску і гальмування навіть при значній зміні Мс, J, Vсеті і © Простота, дешевизна, малі маси і габаритні розміри

Підтримання струму і моменту при пуску і гальмуванні на певному рівні

Простота

Зростання поштовхів пускового струму і моменту при зростанні Мс і J

1. Труднощі налаштування контакторів прискорення на різні напруги втягування

2. Залежність часу пуску і гальмування від Мс, J, Ucem і ©

3. Можливість затримки процесу пуску на проміжній ступені і перегрів резисторів

1. Неможливість забезпечення сталості часу пуску і гальмування при коливаннях Мс, J, £ / мережі

2. Можливість затримки процесу пуску на проміжній ступені і перегрів резисторів

Порівняно невисока точність

Пуск і динамічне гальмування

Гальмування двигунів постійного та змінного струму. Синхронізація синхронних двигунів

Ослаблення і посилення магнітного потоку ДПТ при стабілізації струму. Синхронізація синхронних двигунів

Ня небудь електричною установкою з елементарної первинної захистом. Електротехнічної промисловістю випускаються нормалізовані серії станцій управління загального застосування: станції керування асинхронними електродвигунами з короткозамк-нутимі і фазними роторами, багатошвидкісними асинхронними двигунами, синхронними двигунами та двигунами постійного струму [51.5, 51.6]. Крім станцій управління загального застосування випускаються серії спеціалізованих станцій управління ЕП для металургійної, металообробної, електротехнічної, паперової, поліграфічної, текстильної, хімічної, гірничодобувної та нафтової галузей промисловості, станції управління енергетичними установками і ЕП підйомно-транспортних пристроїв та ін

За останній час типові вузли і схеми релейного управління ЕП змінного і постійного струму не зазнають змін [см. 51.1 - 51.4] і в цьому виданні довідника не наводяться.

Релейні схеми з контактними апаратами в свій час отримали широке розповсюдження для управління багатодвигунними ЕП робочих машин різних технологічних установок. Однак невисока надійність роботи таких схем і обмежений термін служби електромагнітних реле привели до використання в СУ ЕП ІОРМ безконтактних логічних елементів.

Схеми релейних СУ ЕП з безконтактними логічними елементами можуть складатися з типових вузлів [51.7] або з використанням різних методів логічного синтезу [51.8]. Для створення таких схем можуть використовуватися логічні елементи серії «Логіка І» [51.7], побудовані на мікросхемах К511, або мікросхеми К155 і ін

Однак використання в електричних схемах ЕП окремих безконтактних еле-

П

Погіка м

Малий

TJ

Млг

Мл1

90

L

Г

МС1

J

МС2

ОУ

Xi

Ал

MB

I______

Рис. 51.1. Структурна схема модульної логіки серії М

Тов або мікросхем і створення на їх основі СУ ЕП викликає певні труднощі на підприємствах, що виготовляють серійні установки. Для цих цілей використовуються комплектні безконтактні пристрої керування серії «Логіка М» і програмовані контролери.

Матрична логіка серії М [51.10] – це пристрій жорсткої логіки. Вона дозволяє створювати схеми управління середньої складності з числом входів від 20 до 100 і виходів не більше 10 для металорізальних верстатів та інших механізмів.

Конструктивно пристрій виконаний у вигляді вбудовуваної в нормалізовані станції управління стандартизованої касети БУК-б, в якій розміщені плати уніфікованих модулів. Модулі виконані на мікроелектронної елементної базі завадостійких інтегральних мікросхем серії К511. Тип логіки – негативна. Структурна схема пристрою «Логіки М» показано на рис. 51.1.

Логіка включає в себе: модулі узгодження MCI, МС2; модулі логіки MJll, MJI2; модулі часу MB; модуль рахунку імпульсів МСІ. Крім того, в логіці є модулі узгодження МС22, МС23, МС24; модуль логіки (МЛ); модулі часу МВ1 і МВ2; модуль-комутатор (МК); модуль стабілізації напруги ключовий (МСК); модуль подовжувальний (МУ) і модуль зв'язку ( МСВ).

Показують постійний і

Модулі MCI, МС22 забезпечують узгодження за рівнями з керуючими органами УО і гальванічну розв'язку вхідних сигналів з напругою -12, 24 і 110 В. Вони виконані на герконова реле РПГ-6 і мають 8, 16 або 32 входу. Модулі МС2, МС23, МС24 забезпечують узгодження за рівнями з об'єктом управління ОУ, гальванічну розв'язку і посилення по потужності вихідних сигналів до -24 і 110 В, 0,2 А (МС2); -220 В, 2А (МС22); -24 В , 1,25 А і -220 В, 0,2 А (МС23); -24 і 110 В, 4 і 2 А (МС24)[‡]. Вони виконані на герконова реле

РПГ-2 (МС2), РПГ8 (МС23), РПГ2 і ключах на сімістора ТС-2-25 (МС22) і РПГ-5 і сімісторахТ10-25-5 (МС24). Вони мають вісім, чотири або два виходи. Модулі логіки являють собою програмовані діодні матриці з системою друкованих та навісних шин, між якими для складання схем запаюються діоди. Вони реалізують логічні операції І, НЕ, І-НЕ (мл1), АБО (МЛ 2) і І, АБО, НЕ, І-НЕ, ИЛИ-НЕ, ПАМ'ЯТЬ (МЛ) і дозволяють отримати 42 кон'юнкції 16 вхідних сигналів (мл1) і 16 диз'юнкцій 42 вхідних сигналів (МЛ2). Модулі часу реалізують витримки часу від 0,2 до 6 з з розкидом ± 10% (МВ1) і від 0,01 до 2000 с з розкидом ± 2%. МВ1 має вісім ідентичних каналів, а МВ2 – два канали. МСІ здійснює рахунок імпульсів від 1 до 105 і імзет два канали. МК комутує 32 входу на один вихід. МСК забезпечує стабілізовану напругу 15 В з точністю + 5% при струмі навантаження від 0,2 до 2,5 А МУ дозволяє вийняти будь модуль з касети для знаходження несправностей. МСВ забезпечує зв'язок між касетами.

Вхідними пристроями логіки є органи управління УО у вигляді кнопок і ключів керування, кінцевих вимикачів та інших пристроїв, а вихідними – об'єкти управління ОУ, контактори, тиристорні перетворювачі та електричні двигуни.

Для виконання безконтактних схем управління найбільше застосування знаходять програмовані контролери (командо – апарати) (ПК) [51.11, 51.12], що дозволяють автоматизувати найбільш часто зустрічаються в промисловості комбінаторні і послідовні процеси. ПК являє собою спеціалізовану керуючу міні-ЕОМ з пристроями входу і виходу, яка здійснює логічні функції схеми керування, записані у вигляді програми, введеної в пам'ять ЕОМ. ПК відноситься до перепрограммируемой логіці, що дозволяє швидко замінити програму, що представляє великий інтерес для промисловості. ПК підключається до об'єкта управління каналами зв'язку і працює з ним в безпосередній взаємодії в реальному масштабі часу. Така система управління (рис. 51.2) включає в себе програмований контролер ПК, вхідні та вихідні пристрої ВУ, пристрої силової автоматики УБА і джерела живлення МП. ПК містить центральне процесорний пристрій ЦПУ, що забезпечує зберігання і реалізацію керуючої програми, пристрою сполучення з входами УСВХ і виходами УСВЬ1Х, здійснюють узгодження параметрів електричних зовнішніх і внутрішніх ланцюгів пристрою, і автономне джерело живлення СВП. Вхідними пристроями є командні органи КО і датчики індикації стану об'єкта управління Д, вихідними – виконавчі елементи управління ІЕУ і сигналізації ІЕЗ та електричні двигуни ЕД.

Таблиця 51.2. Програмовані контролери

Тип ПК

Країна – розробник

Кількість входів – виходів

Розрядність, біт

Об'єм пам'яті користувача, К слів

Час сканування 1К логічних інструкцій, мс

Мова програмування *

Можливість об'єднання в мережу

Ш9101 ПК1. ПК2

СРСР

1024, 256

12, 8

4, 16

20

РКС

Немає

Є

МБ 57. (01-03) (ПК32;

СРСР

32, 64, 128

8

4

6

РКС

Є

ПК64, ПК 128)

Б96-01

СРСР

256

4

4

4

РКС, СБА

Немає

КПБ 11-05

СРСР

1024

8

64

12

РКС,

Є

Мнемокод

NS-915, NS-205

ЧССР

256, 512

16, 9

4, 23

6, 10

Мнемокод,

Ні,

РКС

Є

Програма-700,

НРБ

128, 1024

4

8, 16

25, 5

СБА

Немає

Програма-1024

СФРЮ

Є

LPA-512

512

8

8

5

РКС

PLC-2/30

США

1024

16

16

5

РКС

Є

TYC

Японія

1024

16

8

5

РКС

Є

SIMATIK С-5

ФРН

16-1024

8-32

8-64

1-6

STEP5

Є

IPC620-30

ФРН,

1024

16

16

5

РКС

Є

США

SMC-500

Франція

1024

16

8

4

РКС

Є

РКС – релейно-контактні символи; СБА – символи булевої алгебри.

ПК характеризується числом входів і виходів, що визначають, з одного боку, можливості використання ПК, а з іншого – його габаритні розміри і вартість. Тому ПК випускається на 64, 128, 256 і 1024 входів-виходів з напруженнями 220 і 110 В змінного струму і 110 і 24 В постійного.

"1 Г-

: Вуса

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 51.2. Спрощена структурна схема системи управління з програмованим контролером

ІЕЗ

ІЕУ [^ р

Вхідні

ВУ

Вихідні

Структура ПК організовується за блочно - модульним принципом, що дозволяє вибирати конкретний комплект модулів в залежності від характеристик об'єкта, що автоматизується - від простих схем управління до складних систем комплексного управління обладнанням з вирішенням завдань технічної діагностики, несправностей і т. п.

У СРСР випускаються ПК типу МБ 57 (Мікродата) (див. § 51.10) [51.13] і Ш9101 (ПК-1) [51.14] розробки Минприбора і ВНІІЕлектропрівода, використовуються ПК соціалістичних країн і різноманітних зарубіжних фірм (табл. 51.2) [51.54] .

Для реалізації схем управління може використовуватися стандартна міні-ЕОМ (див. § 51.10), що, однак, може виявитися недоцільним з економічних міркувань.

51.6. СИСТЕМИ АВТОМАТИЧНОГО

УПРАВЛІННЯ РЕГУЛЬОВАНОГО ЕЛЕКТРОПРИВОДА

Загальні положення

Системи управління регульованого електроприводу (СУ РЕП) забезпечують стабілізацію швидкості і моменту двигуна із заданою точністю. Вони виконуються у вигляді замкнутих систем з харчуванням електричних двигунів від керованих перетворювачів напруги і частоти, що одержали назву УП-Д. Такі системи забезпечують стабілізацію швидкості як основний регульованою координати ЕП з високою точністю – до 0,1 – 0,001%. Стабілізація моменту використовується для обмеження струму двигуна в динамічних і статичних режимах.

Системи стабілізації швидкості і моменту поділяються за родом струму або типу двигуна і перетворювача на системи ЕП постійного і змінного струму, за принципом дії – на безперервні (аналогові) і дискретні (цифрові), за принципом регулювання – на статичні і астатичні, за структурою – на системи з підсумовуючим підсилювачем і з підлеглим регулюванням координат.

Як керованих перетворювачів для ЕП використовуються вентильніперетворювачі з транзисторами і тиристорами. Найбільшого поширення набули тиристорні ЕП, що включають тиристорні реверсивні перетворювачі (див. розд. 32) та двигуни. Тиристорні перетворювачі дуже широко застосовуються в ЕП всіх галузей промисловості для харчування якорів і обмоток збудження двигунів і генераторів постійного струму і для живлення двигунів змінного струму (частотні перетворювачі і перетворювачі змінної напруги).

Системи управління регульованих електроприводів постійного струму з підсумовуючим підсилювачем

У системах з підсумовуючим підсилювачем забезпечується стабілізація швидкості і моменту за допомогою безперервних і затриманих зворотних зв'язків (ОС). Стабілізація швидкості здійснюється в замкнутих системах з негативними зворотними зв'язками (ООС) за швидкістю, напрузі і ЕРС двигуна і з позитивною (ПОС) по струму якоря двигуна (рис. 51.3, о), де М, LM – якір і обмотка збудження двигуна постійного струму ; П (U) – перетворювач; У (А) – підсумовує підсилювач; 3C (SR) – задатчик швидкості; ДН (ІУ), ДТ (11А), ДС (ВЯ) – датчики напруги, струму і швидкості; С / зс, иу, «уп, щ, ит, ІЛ вико – напруги завдання швидкості, управління системи і перетворювача і зворотних зв'язків по напрузі, струму, ЕРС, швидкості.

Електромеханічна характеристика (ЕМХ) зі == / (/) систем стабілізації швидкості розраховується за рівнянням, записаному для системи умовно при дії всіх ОС:

Сб = С0 – Асо =

1 + (kckn + k3 + k ") kyk"

IRk "(+ kKR" – kT)

R

1 + (kckR + ке + k ") kykn '

Де ky = UyiTI / Uy, kn = en / Uym kn = 1/кФ-коефіцієнти підсилення підсилювача, перетворювача і передачі двигуна; кс = ujm, fc, = і3/еа, кн = і "/ иа, кт = щ / i – коефіцієнти ОС по швидкості, ЕРС, напрузі і струму двигуна; R, Ra – опору кола якоря П – Д і ланцюги якоря двигуна; єп, од – ЕРС перетворювача і двигуна; до, Ф – конструктивний коефіцієнт і магнітний потік двигуна.

Із загального рівняння можна отримати рівняння ЕМХ при дії будь-якої конкретної ОС, прийнявши рівними нулю коефіцієнти інших зв'язків.

Характеристики ОС наведено в табл. 51.3.

Динамічні режими системи стабілізації швидкості двигуна оцінюються за допомогою еквівалентної структурної схеми

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

У

ГА)

І *, л

Mw

1 / к.

Ф-

1 / R

Я

И.. П

W4 (p)

Wn (p)

Awh

RJffl

) *

I.

Комерсант p

 

Ін

UT

Іс

Т;

* Н, 1

Ч ^ Н-Хн Н

* Т

S)

Рис. 51.3. Система стабілізації швидкості двигуна постійного струму з підсумовуючим підсилювачем:

А – функціональна схема, б – еквівалентна структурна схема

Таблиця 51.3. Характеристики зворотних зв'язків

Зворотний зв'язок

Статизм стабілізації швидкості 8

- Гідність

Недолік

Застосування

Негативна за швидкістю

Можливо 6 = 0 в межі при ку – »оо, коли o) = ton

Висока точність стабілізації швидкості

Наявність 'тахогене – ратора

Широке

Негативна по напрузі

6> 8С, так як в межі при ку – »оо to = (00 – А сос, де 6є, До) з – статизм і перепад швидкості на природній ЕМХ двигуна

Простота вимірювання напруги

Невисока точність стабілізації швидкості

Мале при невисоких вимогах стабілізації швидкості

Позитивна по струму

Можливо 6 = 0 при ку = R / kTkn, але тільки за кп = const

Простота вимірювання струму

Залежність точності стабілізації швидкості від нелінійності характеристики перетворювача. Не забезпечує стабілізацію швидкості при коливаннях напруги мережі живлення

У чистому вигляді не застосовується

Негативна по ЕРС

0 <6 <6С через неврахування дії реакції якоря і зміни перехідного опору щіток двигуна

Порівняльна простота вимірювання ЕРС

Невисока точність стабілізації швидкості

Застосовується при невисоких вимогах стабілізації швидкості і невисоких діапазонах регулювання швидкості

(Рис. 51.3,6), складеної при дії умовно ОС по швидкості, напрузі і струму, де L / 3 C, Uу, С / у Ua Un, UT – зображення напруг завдання швидкості, управління системи і перетворювача, ОС по швидкості,

Напрузі і струму; £ п, ОД, I, / с, 1а

Mc – зображення ЕРС перетворювача і двигуна, струму двигуна (повного, статичного, динамічного), швидкості і статичного моменту; / сн т = kKRn – коефіцієнт ОС по напрузі (струмовий складова); Rn – опір силового ланцюга П.

З структурної схеми отримана передатна функція системи

Wc (p) = ————————————— =

U3, c-WMc (p) Mc (p)

K kk

ПуГУдГУд____________________________

А3р + а2р + atp-+ а0

Rae WMc (p) = (b2p2 + Ьгр + b0) / (kyknkB) – передавальна функція ланки перетворення статичного моменту, винесеного на вхід системи (показано штриховою лінією).

Q,

Диференціальне рівняння швидкості

D3 зі d2 зі, dm, а3 – + a2 ~ y – + й! – + Й0со = dt3 dt2

Dt

, d2Mc,, dMc,

Dt2

Де L / 3 C – напруга завдання швидкості (задає вплив); Мс – статичний момент (рівноваги вплив).

Dt

Диференціальне рівняння струму

~Kk Tm dU3-c ~ yn R dt

D3i. • d2i di

Dt2 + ai ^ + aoi "

DMc

+ Ci – + c0Mc. Dt

Коефіцієнти рівняння для систем кожної ОС наведено в табл. 51.4, в якій додатково застосовані наступні позначення: Тп, Тя = L / R, Тм = JRk '% Тяд = LnJRn – постійні часу: перетворювача, електромагнітна і електромеханічна ЕП та електромагнітна двигуна; L, La – індуктивності ланцюга якоря П-Д і ланцюга якоря двигуна; J – момент інерції ЕП.

Ds со2 dt5

D3m

Dо2

IF

-+ а,

-+ а.

Dt2

При наявності пружного ланки в передавальному механізмі ЕП між двигуном і механізмом диференціальне рівняння швидкості отримує наступний вигляд:

2, " Do) 2 | "2

Dt3

Таблиця 51.4. Коефіцієнти диференціальних рівнянь систем стабілізації швидкості і струму

Вид ОС

Коефіцієнт

Негативна та позитивна по швидкості

Негативна та позитивна по напрузі

Негативна та позитивна по струму

«3

ТПтятм

Тптятм

Т "тятм

«2

(Т "+ ТЯ) ТМ

£

Тп + Тя + кІкукп

(Т "+ ТЯ) ТМ

А

Т " + тм

Тп + + кікукп Тм

Tn + (i ± ^) rM

«* Про

1

1 ± ^ з ^ у ^ п ^ д

I + кнкукп

1

Ьг

ЯкТпТя

Ш1тптя

Щ тптя

Hi

Rk2a (Tn + тя)

Щ (тп + тя + кнкукп

Rk2B {Tn + Тя)

H%

Rk2a

Rk2n (± кІкукі)

Kfc ^ l ±

<I

КдТп

КАТП

КдТп

1 0

Кд11 + кскукпкд)

Кд (1 ± f £ Hfcyfcn)

* Знак мінус приймається для позитивного зв'язку, а плюс – для негативної.

Таблиця 51.5. Значення коефіцієнтів диференціального рівняння швидкості за наявності пружності

У передавальному пристрої ЕП

Вид ОС

Коефіцієнт

Негативна по швидкості

Негативна "по напрузі

Негативна та позитивна по струму

Й5

^ Гпгягм

^ Тптятм

~ Тітятм

А4

Jf (Tu + Тя) Гм

- (Тп + Тя + кІкукпТяд) Тм

Ц-(Тп + Тя) Ті

«3

-^ – (Тп + Тм) + уТпГяТм

^ – [Гп + Гм (1 + / сн / с / п)] + + уТпТяТм

+ уТпТяТм

А2

(1 ^ C ^ / Cy / Cfj ^ Сд)

+Т (Гп + ГЯ) Гм

Jj (+ кнкукі) + у (Г "+ Тя) Гм

Тп + УТМ

+ ТГМ (1 + fcufcyfe,,)

А0

1 + кскук "кд

1 ^ kykfl

1

Ь2

И & тптя

Ш2дтптя

ЩТПТЯ

Fci

Rk% (Tn + Тя)

ЯкЦТп + ТЯ + кІкукпТяд)

Rkl (Tn + Тя)

Bo

Rk%

RkH 1 + кКкукп)

Я *

тітяти

| WM

УГпгягм

Чз

– (Гп + Тя) Тм

З

'; (Г "+ Тя + Tm) TM

У (Гп + ГЯ) Гм

42

~ ^ (Tn + TM) + RklTnTx

^ Г1ТП-+ тМ (1 + кКкукп)] +

+ RklT "T"

+

H

'. (1 + кскукпкд) + + Rk (Tn + Тя)

1

+.k,, kyk ") + + Rk д (Тп + Тя + кнкукд Тяд)

± + + ГЯ)

Чо

Rkl

+кКкукп)

D <£> 2 , III Г г І d2Mol

«Про« 2 = kyknkaU% c – '2

Двигуна і виконавчого органу робочої машини.

Значення коефіцієнтів при цьому наведено в табл. 51.5, де у = ^ 1 + – співвідносячи-

J1

Шеніе мас; с – коефіцієнт жорсткості пружного елемента; Тм = J

Стабілізація моменту (струму) двигуна забезпечується в СУ ЕП із затриманою отри-

DM * i,. ", D4Mcl d3Mc2

- + B0Mcl – <? 4 <? З

U. lYlc2 dMc2, _

Де Mcl, Mc2 – моменти навантаження на валах

R~ VB2 – ol '-W-hi "

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Imc Icr 1

Рис. 51.4. Система стабілізації швидкості і моменту (струму) двигуна постійного струму:

А – Функціональна схема; б – г – Вузли, що забезпечують опорне напруга; д - еквівалентна структурна схема; е – електромеханічні характеристики

Миготливої ОС по струму двигуна (з відсіченням) (рис. 51.4) або з позитивною ОС по швидкості або ЕРС двигуна [51.16]. Затримана ОС по струму здійснюється блоком струмової відсічки Б ТО (AAF) (рис. 51.4, а), який виконується з регульованим значенням опорного напруги Uon у вигляді джерела опорного напруги і діода VD1 (рис. 51.4, б), або діодів VD2, VD3 в реверсивному ЕП (рис. 51.4, в), або з постійним значенням Uon, забезпечуваним стабілітроном V2 в нереверсивні ЕП (рис. 51.4, а) і стабилитронами V3, V4 в реверсивному (рис. 51.4, г).

Затримана негативна ОС по струму подається на вхід системи [51.3, 51.17]. При використанні операційних підсилювачів вона подається на підсилювач У2 (А2) (рис. 51.4, а).

ОС, що використовуються для стабілізації швидкості, виконуються також затриманими, що полегшує роботу струмової відсічки і забезпечує в динамічних режимах сталість прискорень і уповільнень. Така затримка здійснюється за допомогою обмеження сигналу управління (рис. 51.4, а) стабілітроном VI (або діодом), включеним на вході У1 (А1), або обмеження вихідної напруги У1 (.47). Відсічення по швидкості (зв'язок по швидкості перестає діяти) настає при шотс = (U3 з – Vyi) / kc. ЕМХ такого ЕП (рис. 51.4, е) має два або три ділянки в залежності від значень струму і швидкості відсічення 1ОТС і юохс. Стабілізація моменту здійснюється при зміні струму від струму відсічення до струму стопоріння.

Регулювання швидкості забезпечується зміною t / 3 C (наприклад, l / 3> ci, U3 C2). Розрахунок ЕМХ на ділянках 1 і 2 проводиться, як у схемі рис. 51.3, а рівняння ЕМХ на ділянці 3 в режимі стабілізації моменту (струму) двигуна має вигляд

Зі = со0 – ДЗГ = (Uvlkyl + Uon) ky2knka – IRka [1 + / К].

Динамічні режими в таких системах оцінюються за допомогою еквівалентної структурної схеми (рис. 51.4, д), де обмеження показано ланкою обмеження 30 (AF).

Передатна функція системи на ділянці стабілізації моменту (струму)

W (p) = ————————————- =

UVikyi + Uon-WMc (p) Mc {p)

= __________________ Knkukn_______

А3р3 + а2р2 + агр + а0 '

Диференціальне рівняння швидкості на

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 51.5. Перехідні процеси в системі управління з підлеглим регулюванням координат

Ділянці стабілізації моменту (струму)

Л).

Df

"D3m. "D2ю da, а'-р + а2 – Г2-+ А! – + А0со = Dt3 dr dt

= Ky2knkB (Uvlky, + Uon) -

, d2Mc, dMc,

D (2

Диференціальне рівняння струму на ділянці стабілізації моменту (струму)

Di

-+ а2

Dt2 dM.

Dt:

Dt

+ oi – + a0i = dt

■ + c0Mc.

Коефіцієнти а – з ухвалюються з табл. 51.4 для ООС по току двигуна.

У швидкодіючих тиристорних ЕП, мають малу індуктивність в якірного ланцюга двигуна, для обмеження струму і стабілізації моменту двигуна в динамічних режимах застосовуються системи з попереджуючим токоограніченіем, чинним в функції швидкості або ЕРС двигуна. У цих системах стабілізація швидкості здійснюється за допомогою ООС по швидкості, а стабілізація моменту (струму) – за допомогою ПОС по швидкості або ЕРС двигуна [51.2. 51.16].

Необхідну якість перехідних процесів в СУ РЕП з підсумовуючим підсилювачем забезпечується за допомогою пасивних послідовних і паралельних коригувальних пристроїв [51.16, 51.56].

Системи управління регульованих електроприводів постійного струму з підлеглим регулюванням координат

1

Wper n (p) =

У тиристорних ЕП великого поширення набули багатоконтурні системи управління з підлеглим регулюванням координат (див. мал. 50.11) [51.15, 51.2]. У таких системах настройка контурів і вибір типу регулятора здійснюються з технічного (модульним) (ТО) і симетричного (СО) оптимуму. При ТО приймаються передавальні функції: регулятора

1___ ^ О, сі-1 .

2 "TMp WK" (p)

Замкнутого оптимизируемого контуру (спрощена)

^ O"T> n (P) = 1 / {[2" Т (1р (2 "-1Тмр + 1) + l] fc0.c"},

Де п – номер контуру; Tv – сума малих Некомпенсовані постійних часу системи; WKn (р) – передаточна функція компенсується частини і-го контуру; fc ", з" -1, fc ", з,, – коефіцієнти ОС п – 1 – го і n-го контурів регулювання.

Використання спрощених передавальних функцій, отриманих при нехтуванні в поліномі знаменника членами з порядком вище другого, дозволяє спростити настройку та аналіз СУ РЕП при достатній інженерної точності.

Перехідні 'функції для і = 1 – i-4 при одиничному сигналі завдання координати контура наведено в табл. 51.6. Побудовані по них перехідні процеси у відносному часу t, = 1 / Тм (рис. 51.5) показують, що для таких СУ РЕП забезпечується затухаючий коливальний процес з малими перерегулювання про, але зі збільшенням номера контуру різко (в 2 "~ 1 раз) знижується швидкодію системи.

При налаштуванні на СО передавальні функції регулятора, розімкнутого і замкнутого оптимізованих контурів приймаються за їх передавальним функцій при налаштуванні на

Т "р

ТО, помножених на (2 "+1 ГЦР – І) / (2" +1 Т "р), тобто

Wpern (p) (CO) = ІреспІтО)

2 "+1 Т" р

WonT, p "(P) (co) = І / опт, рл (р) (ТО) Г +1 Т» Р + [

2 "+ 1Тмр

2 "+ t7 ^ p + 1

Разомкнутого оптимизируемого контуру (спрощена)

Womn (р) (СО) = Woi

I (PVto) ---------------------

2п +1 Т11р

^ Опт, рп (р) = l / [2 "V> (2" -% p + 1)];

Таблиця 51.6. Передаточіие та перехідні функції оптимизируемого коітура

№ контуру і

Передатна функція оптимизируемого контуру (повна) W (p)

Перехідна функція оптимизируемого коітура

Mt *)

Час регулювання

'P

Перерегулювання а,%

1

L / fco, cl

1 – e ~ '* / 2 ^ cos' | – + sm (ij

4.1T,,

4,3

2Т "р (Г, 1р + 1) +1

2

Уко. с2

7 T

8,0

4Т, р [2Т, р (Т, р +1) + 1] + 1

3

L / fco, c3;

13,67 V

6,2

8Т "р {4Т" р [27> (7 - "р + 1) + + 1] + 1} + 1

4

1 / * о, с4;

1 +

+ el, 5t, / 16 x

X £ -2,41 sin ^ 0,442 ^ +

+ 0, l66cos ^ 0,442 ^-J | + + e ~ M2t, / 4 xx £ -0,042 sin ^ l, 31 ^ -

-0,166 cos ^ 1,31 ^ J

30,4 T "

5,2

16Т (| р {{8Т [| р {4Т (| р [2Т (| р х

'Х (Г "р + 1) + 1] + 1} + 1}} + 1

Таблиця 51.7. Вид і параметри регуляторів

Співвідношення

Електрична схема регулятора

Передавальна функція регулятора

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

1/Tp

До ~ R0, C / RK.

Т КпуСп

RBX

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

TL

(Видання —– i-О

Oi-cm-i —– Про

Свх Со, з R0 r HF "

Rex

Fc (r0, cP + i)= Fc | k

Те, ср Те, ср

K (T0> cp + 1) (Гвхр + 1)

Т0, ср ^ до (Тос + Гвх) Т

1 про, з

+ КТтр Т0, ср I

К – К0, з / К "х» Т0, з -Ro) CC0) c к = K ", c / R" x <

^ Вх = ^ вхСвх

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 51.6. Система управління тиристорного ЕП постійного струму з однозонної регулюванням швидкості: а – функціональна схема, б – еквівалентна структурна схема

Така настройка в ЕП забезпечує астатична регулювання і високу швидкодію при відпрацюванні збурюючих впливів, але динамічний процес при стрибкоподібних змінах керуючих впливів відбувається з великим перерегулюванням, що доходить до 53%. Тут потрібне застосування аперіодичних ланок або задат-Чиков інтенсивності, що забезпечують плавне наростання вхідного сигналу.

У системах управління з підлеглим регулюванням координат використовуються пропорційний (П), інтегральний (І), пропорційно-інтегральний (ПІ) і пропорційно – інтегрально – диференціальний (ПІД) регулятори. Вони виконуються на операційному підсилювачі, параметри якого можна вибрати по табл. 51.7.

У тиристорних ЕП постійного струму системи управління швидкістю зазвичай будуються двоконтурними з внутрішнім контуром струму (КТ) і зовнішнім контуром швидкості (КС) або контурами напруги (КН) і ЕРС (КЕ). У системах управління ТВ-Г-Д застосовуються трьохконтурних системи управління з контурами напруги, струму і швидкості. В ЕП з двозонним регулюванням швидкості додатково застосовуються контури магнітного потоку (струму збудження) (КП) і ЕРС (КЕ) двигуна.

У системах з підлеглим регулюванням координат струм двигуна в динамічних і сталих режимах обмежується припустимим значенням за рахунок зниження сигналу завдання КТ ц, х, здійснюваного обмеженням вихідної напруги КС або КН і КЕ.

Система управління тиристорного ЕП (ТП – Д) з однозонної регулюванням швидкості виконується двоконтурної з КТ і КС – (рис. 51.6, а). Вона містить: М, LM – якір і обмотку збудження ДПТ; П (U) – тиристорний перетворювач напруги (ТП); PC (AR), РТ (АА) – регулятори швидкості і струму, з операційними підсилювачами У1 (А1) і У2 ( А2); ДС (BR), ДТ (СМ) – датчики швидкості і струму з шунтом RS; A3 (AD) – аперіодичне ланка; ЗИ (SJ) – задатчик інтенсивності.

РС приймається з обмеженням вихідної напруги, здійснюваного за допомогою стабілітронів VI і V2, що обмежує напругу завдання струму щ; т і відповідно струм двигуна.

У еквівалентної структурній схемі системи (рис. 51.6, б) ТП приймається інерційним з малою Некомпенсовані постійної часу Т) 1 = Налаштування КТ при заданому впливі проводиться по ТО і приймається ПІ-РТ з передавальної функцією І'рт (р) (то) ПРИ «= 1, обумовленої при нехтуванні дією ОС по ЕРС двигуна. Передавальна функція оптимізованого КТ та перехідна функція струму приймаються по табл. 51.6 для контуру 1. Перехідний пропесс струму i, = i / IycT = h (£,), де JyCT = щ т / к,, при одиничному стрибку задаючого напруги контуру (ц, т = 1 В) має коливальний характер з перерегулюванням про = 4,3% і tp == 4,1 7п (див. рис. 51.5 і табл. 51.6 при n = 1). Він використовується для настройки контуру при нерухомому двигуні і відключеній його обмотці збудження.

КС може налаштовуватися на ТО або СО. При налаштуванні на ТО виходить одноразово інтегруюча система, в якій приймається П-РС з передавальної функцією Wper і (р) (то) "Рі І = 1, що визначається при заданому впливі (Мс = 0), коли не діє токоограніченіе. Передавальна функція оптимізованого КС по задающему впливу і перехідна функція швидкості приймаються по табл. 51.6 для контуру 2. Перехідний процес швидкості (Д, = з / (Вуст == h (tt), де toycT = <В0 = U. ic / kc, при одиничному стрибку завдання швидкості (1/3> з = 1 В) має коливальний характер про = 8% і tp = 7 Тп і наведено на рис. 51.7, а (крива 1) (див. рис. 51.5 і табл. 51.6 при п = 2 ).

При цьому передатна функція СУ ЕП по задающему впливу щодо струму

Wr.Om (р) = 1/U..C = [(RfeaTM) / 2Tn] І / отКС (р) (ТО)

І рівняння перехідного процесу струму

1/3

4

». = WKTM / T ") = ±-е ~'' / 2 +

1/5

[Sin ^-t, - l / з cos 2] / 3 V 4 y 4

Де IK – w0/RkB. Графік перехідного процесу i. = / (T.) наведено на рис. 51.7, про (крива 2).

ЕМХ в такій системі при стабілізації швидкості – статична:

Ш = со0 – Лсор4Тп/Тм

Зі статизм, обумовленим статичним падінням швидкості в розімкнутої системі Дсор = IRka і ставленням 47П/ТМ.

А »*, м. *. 1,5

A>, i

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

1,0

————– н

/

4 / ~ У 'ч

/ 'V-

N

J

Ч

?

5

Т / ЬпУ II rJ 1

1,1 / |

Ш

/

Ч! 1 / Л »

НА

Ч

Рис. 51.7. Перехідні процеси швидкості і струму при задаючих впливах: о-в лінійній СУ ЕП; б - при обмеженні струму якоря двигуна; В-з задатчиком інтенсивності

& SI

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

А)

WonTKTfP '

S)

RK

AUi, т

WpCfp)

AUc

^ АІН

Rka

ASI

AUC

LVPC (p)

Щ,

TymrKTfp)

) *

ТМР

AI


Рис. 51.8. Еквівалентні структурні схеми СУ ЕП при ударному додатку навантаження з впливом (а, 6] (а – на швидкість, б – на струм); перехідні процеси струму і швидкості (в)

При налаштуванні КС на СО виходить двократно інтегруюча система, в якій приймається ПІ-РС з передавальної функцією Wper "(р) (ТО) при п = 2, яка визначається при заданому впливі (Мс = 0), коли не діє токоограніченіе. Передатна функція КС по задающему впливу

^ Опткс (РСО) ~ ^ опт. і (РСО) ПРИ "= 2 – Рівняння перехідного процесу швидкості має вигляд

(Й, = з / Шуст = 1 – E-, J4 ^ – 2 ^ Kin +

+(I +-HcosJt}

Графік перехідного процесу зображений штриховою лінією на рис. 51.7, а (крива 3). Процес коливальний форсований з ст == 53%.

Передатна функція СУ ЕП по задающему впливу щодо струму в такій системі

Копт (Р) = W,. C = MaTMpWomKC (РСО).

Рівняння перехідного процесу струму до = W «TJTB) =

-i ^ fr-HH **}

Графік струму зображено на рис. 51.7, про штриховою лінією (крива '4).

Для виключення форсуючого дії ПІ-РС на вхід системи включається аперіодичне ланка A3 (AD) (див. рис. 51.6, с) з передавальної функцією WA3 (р) = 1 / (8 Т "р + 1). Тоді передатна функція швидкості отримує вид як в трехкоптурной системі. Перехідний процес швидкості коливальний з с – 6,2% і tp = 13,67,; (рис. 51.7, в, Штріхпунктірная крива 5).

Рівняння струму при цьому має вигляд

I = ————– 1 – l ^ cos

* IKTJTn 4 LV 2/4

+ 2 sin

4J'

Графік струму зображено на рис. 51.7, про штрихпунктирной лінією (крива 6).

При обмеженні струму двигуна за допомогою РС система забезпечує сталість струму і прискорення (рис. 51.7, б). Для зміни необхідного прискорення (етр = da / dt) в таких системах застосовується задатчик інтенсивності ЗІ (SJ) (див. рис. 51.6, а), що забезпечує необхідний темп наростання U3 с. При цьому швидкість змінюється за законом

To (t) = 8ТР jt – 4Tn + 2ТП jV '^' n

4Г "j / з 47;, JJj '

А при згасанні експоненціальних складових – за законом

Co (t) = eTp (t-4rn).

Графіки перехідних процесів u3 C (ti (f) і to (f) показані на рис. 51.7, в.

При збурюючих впливах по навантаженню еквівалентні структурні схеми системи при AU3 C = 0 наведено на рис. 51.8.

У одноразово інтегрує системі з П – РС передавальні функції СУ ЕП по обурює впливу щодо струму і швидкості рівні

К (п) = Л / / Л / с = 1 / {47> [2TnP (TnP + l) + 1]};

І / с (р) = ла / л / с =

4ТП 2Гпр (ГПР +1)

AI.

-До;

Aco Acoc

Sm J ^-t, + / 3

= 1

Аю. =

1 – <. / 4

Гм 4Тпр [2Тпр (Тпр +1) +1] + 1

При ударному додатку навантаження на величину АМС їм відповідають рівняння перехідних процесів зміни струму і швидкості

-=L-E~

Д / с

J-. – '. / 2.

Y~ 3

Cos —— t.

4 '

471

Де Acoc = Rku – AIC – статичний перепад швидкості, відповідний зміни струму

А/с-

Графіки швидкості і струму наведено на рис. 51.8, в (криві 1, і 2). Вони мають оптимальний характер, тому що система, оптимізована по задающему впливу, оптимізована і по обурює впливу. Струм двигуна при збурюючих впливах по навантаженню змінюється за тим же законом, що і швидкість двигуна при заданому впливі з а = 8% і tp = 7Т'1Г Система статична по навантаженню (Асо = Асоуст).

У двукратноінтегрірующей системі з ПІ-РС передавальні функції СУ ЕП по обурює впливу щодо струму і швидкості рівні

= __________________ 8Гпр + 1_________________.

& Тпр {4Тпр12Тпр (Тпр + 1). + 1] + 1} + 1 '

W'c (p) = ^ = RknX

Х 4Тпр [2Тпр (Тпр + 1) + 1] + 1

8Тпр {4Гпр [2Т "р (ТПР + 1) + 1] + 1} + Г

= – Rk,

Їм відповідають рівняння перехідних процесів струму і швидкості

Асо _ Асос

Sin — cos 4 квітня

У "

A i

А/с4т;, / тм

Асо »

= Е "'- / 4

Графіки перехідних процесів струму і швидкості показані на рис. 51.8, в штриховими лініями (криві 3 і 4). Система астатична по навантаженню (Асо = 0). Струм змінюється з перерегулюванням а = 53%, як швидкість при заданому впливі. Аперіодичне ланка на вході системи, так само як і задатчик інтенсивності (див. рис. 51.7), дозволяє при збурюючих впливах по навантаженню отримати оптимальні перехідні процеси струму Для поліпшення динамічних властивостей СУ РЕП в режимі переривчастих струмів ЕП, коли різко збільшується еквівалентний опір ланцюга якоря двигуна – »зі при струмі якоря двигуна рівному нулю), використовується внутрішній КН перетворювача (рис. 51.9) з П – РН і коефіцієнтом передачі / РРН. ОС по напрузі (або ЕРС перетворювача) виконується з фільтром, постійна часу якого Тф = Тя. У режимі безперервного струму передатна функція КН по задающему впливу

Ч

П J

Гп7фР

WKH{P) = Крцкі (ТФР + 1)

(Гп +7 ф) р

(1 +WJ

_1 + Мс

РН ^ п

W'kh (р) =

RK

1

При

2Т '»Рк т

L + kHkPHk

Приймаючи г; = (7;, + 7Ф) / (1 + kHkmkn) і нехтуючи членом TnJ ^ p2 / (l + kukPHkn), WKU (р) апроксимують виразом

Кщкі (7фР + 1) (7> + L) fcHWn + 1

При цьому приймається І-РТ з передатною функцією

КРНк "

WPT(P) =

1 + кікрнкП

Де R – опір ланцюга якоря двигуна в режимі безперервного струму.

У режимі переривчастого струму при гя = 0 ОС по напрузі виявляється включеною на ЕРС двигуна (див. штрихову лінію на рис. 51.9). Зважаючи повільного зміни ЕРС двигуна в порівнянні з напругою перетворювача ОС по напрузі як би розмикається і тому постійна інтегрування РТ зменшується в Кри раз.

Якщо необхідно, щоб динамічні властивості ЕП в режимі переривчастого струму були такими ж, як в режимі безперервних струмів, то

* Рн = I ^ MKK) ~ KJK

І з умови оптимізації контурі струму по ТО знаходиться

FcpH knkT 1 _____

Wpt (P)

І *, з

WK (p)

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 51.9. Еквівалентна структурна схема системи ТП-Д при роботі в режимі переривчастих

Струмів

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 51.10. Еквівалентна структурна схема системи ТВ-Г-Д

Ке (7> +1) 27> (7> +1) * турний з КН, КТ та КС. Вона містить також PH (AV), РТ (АА) і PC (AR) (рис. 51.10). При налаштуванні контурів на ТО при Гц = 7В приймаються ПИ-РН, ПІ-РТ і П-РС з передатними функціями

При передавальної функції ланцюга якоря двигуна і ТП в режимі переривчастих струмів

Оскільки J? 3K – змінне, крі вибирають виходячи із середнього значення співвідношення R'3K / R і міркувань стійкості системи до субгармонійних коливань і приймають / РРН = 4-1-5.

В ЕП, що працюють в режимах безперервного і переривчастого струмів і особливо в тиристорних ЕП з роздільним керуванням групами вентилів ТП, де режим переривчастих струмів виникає при малих навантаженнях і при зміні напрямку струму, для поліпшення динамічних властивостей систем застосовують адаптивні регулятори струму з дереключающейся структурою з ПІ -РТ на І-РТ з частотою і шпаруватістю струму в переривчастому режимі (див. § 51.9) [51.17] або використовують нелінійний регулятор струму, в якому збільшення R3K в режимі переривчастих струмів компенсується підвищенням коефіцієнта посилення РТ [51.19, 51.20] (див. рис. 51.17).

Система ТВ-Г-Д виконується трехкон-

Wpc (P) =

ZTBRkn кс

Передавальні функції оптимізованих КН, КТ та КС при задаючих і збурюючих впливах можна отримати за табл. 51.6 відповідно для першого, друго

Го і третього контурів при = Т "

= Кн, КО С2 = кт і ко сз = кс. Перехідні функції напруги, струму і швидкості приймаються по табл. 51.6, а графіки перехідних процесів мають вигляд графіків, наведених на рис. 51.5 відповідно при і = 1, 2 і 3.

Кг

Ко, с1

Час перехідного процесу швидкості в системі ТБ – Г-Д у порівнянні з системою ТП-Д збільшується в 2 рази через застосування третього контуру, а також в 2 рази підвищується статизм ЕМХ, рівняння якої

Має вигляд

З /,

Зі =

■ IKfc В0-AcaclZfi-.

K Т р Т

Кс 'м

При використанні ПІ-РС з апериодическим ланкою на вході системи виходить астатична ЕМХ, час перехідного процесу підвищується ще в 2 рази (tp = 30,4 7В), а при застосуванні задатчика інтенсивності час може ще збільшитися. Тому така система застосовується в ЕП, що вимагають високої точності стабілізації швидкості в сталих режимах і не вимагають високої швидкодії в динамічних.

Для двозонний регулювання швидкості використовуються двоконтурна система регулювання напруги якоря двигуна з КТ якоря і КС і двоконтурна система регулювання напруги обмотки збудження (магнітного потоку) з КТ збудження і КЕ двигуна (рис. 51.11, а). Вона містить: ДПТ (М, LM) – двигун постійного струму незалежного збудження; ПЯ (1} М), ПВ (UL) – перетворювачі напруги якоря і обмотки збудження; PC (AR РТЯ (АА1), РЕ (АЕ), РТВ ( Аа2) – регулятори швидкості, струму якоря, ЕРС і струму збудження ДПТ, виконані на операційних підсилювачах У1 (А1) – У4 (/ 44); ДС (BR), ДТЯ (UA1), ДН (UV), ДЕ (UE), ДТВ (UA2) – датчики швидкості, струму якоря, напруги, ЕРС і струму збудження з фільтрами, виконаними на

PCCAR)

РТЯСАА1)

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

! г-О-1 Г "1 => – ^ '

УбМб)

* — Г-А '

Bn (LT)

___ ЛЗШЕ) ——- | —————-

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Пжію

Резисторах R1-R6 і конденсаторах С1 – СЗ; ЗИ (SJ) – задатчик інтенсивності; Вп (U) – випрямляч, що виділяє модуль сигналу ОС по ЕРС при реверсивному ТП Я; С (AW) – підсумовуючі пристрій з підсилювачем У7 (/ 17) , що формує сигнал, пропорційний магнітному потоку; ДУ (АР) – ділильний пристрій, виконаний на підсилювачі У5 (/ 45), що змінює налаштування РС при зміні магнітного потоку ДПТ. РС і РЕ виконані з обмеженням своїх вихідних напруг стабилитронами VI – V4, що забезпечує обмеження напружень завдання струмів якоря к31Я і збудження ti3в і напруг управлінь ПЯ Іу> 11> я, ПВ ІУП> в і відповідно струмів якоря і збудження ДПТ.

Система виконана з залежним принципом управління швидкістю у другій зоні, здійснюваним в функції ЕРС двигуна за допомогою КЕ і РЕ. Задатчик швидкості (на схемі не показаний) забезпечує напругу завдання швидкості С3> с. Напруга завдання ЕРС 1/3> е = const визначає номінальне значення магнітного потоку. У першій зоні регулювання швидкості при ЕРС двигуна нижче номінального значення (Од <Еаіом) напруга ОС по ЕРС it, <t / 3> 3, вихідна напруга РЕ з т в обмежене і визначає номінальне значення магнітного потоку. У другій зоні, коли Ед> Еліом і ІЕ> l/3j3, РЕ виходить з обмеження та знижує з Т В, а значить, і магнітний потік двигуна.

Пуск двигуна до основної швидкості відбувається при номінальному значенні магнітного потоку, так як Од <Од ном, а у другій зоні при Од 3 = Од ном магнітний потік починає послаблюватися, визначаючи задану швидкість.

Еквівалентна структурна схема системи приведена на рис. 51.11,6. У ній канал управління напругою якоря ДПТ такий же, як у однозонної ЕП (див. рис. 51.6,6). У каналі управління напругою збудження ТПВ прийнятий інерційним з коефіцієнтом посилення КПВ та постійної часу ТПВ. Ланцюг обмотки збудження двигуна зображена з передатними функціями WBi (р) і Wb2 (р), що дозволяють виділити сигнал струму збудження / в, де RB, Тв – опір і постійна часу ланцюга обмотки збудження двигуна; Тв т «0,1 Тв – постійна часу контуру вихрових струмів; ОС по струму збудження та ЕРС двигуна інерційні з коефіцієнтами передачі fc ^, кп і постійними часу Тв т і Тя д = Ln / Ra. На рис. 51.11,6 додатково позначено: Vyc, 1 / у> Х (Я, 1 / у> т> в – зображення напруг управлінь КС, КТ якоря, КЕ і КТ збудження.

Налаштування контурів каналу якоря двигуна проводиться так само, як в системі з однозонної регулюванням швидкості (див. рис. 51.6). У зв'язку із зміною магнітного потоку двигуна забезпечується оптимальна настройка РС, для чого ДУ робить розподіл вихідного сигналу РС на сигнал, пропорційний поточному значенням магнітного потоку.

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 51.11. Система управління тиристорного ЕП постійного струму з двозонним регулюванням швидкості:

А – функціональна схема, б – еквівалентна структурна схема (індекси, що містять букву «я», означають приналежність до каналу якоря, букву «в» – до каналу збудження)

Налаштування контурів каналу збудження двигуна виробляється на ТО. Приймається

З передавальної функ-

ПІ-РТБ при Гцв = ТГА єю

Wm(P) = Mb ± JkAi + JL.

У контурі ЕРС приймається ПІ-РЕ з передатною функцією

4 Аш / п ь

Де / св = Дід / А / В = ном – передавальний коефіцієнт ланцюга збудження.

Перехідні процеси струму збудження і магнітного потоку двигуна оптимальні. Вони представляються перехідними функціями з табл. 51.6 для першого і другого контурів. Графіки перехідних процесів приймаються з рис. 51.5 при і = 1 і 2.

При побудові аналогових систем керування ЕП з підлеглим регулюванням координат використовуються аналогові елементи УБСР-АІ [51.2, 51.33].

Комплектні електроприводи постійного струму. Електроприводи уніфіковані

Трифазні н однофазні серій ЕПУ1 н ЕПУ2 (табл. 50.4)

Електроприводи випускаються декількох модифікацій у вигляді нереверсивного (ЕПП 1 (2) -1) і реверсивного (ЕПУ1 (2) -2) виконань [51.19, 51.20, 51.57]. Вони призначені для механізмів подач металорізальних верстатів та промислових роботів (модифікація П – з ви – сокомоментнимі та іншими двигунами і діапазоном регулювання швидкості D = 10000) (ЕПУ1) і D = 2000 (ЕПУ2) і для механізмів головного руху (модифікація Д – двозонний – ний із зворотним зв'язком по швидкості, D = 1000, в тому числі при зміні магнітного потоку £> ф = 5). Для механізмів з однозонної регулюванням швидкості використовуються модифікації М зі зворотним зв'язком по швидкості з діапазоном 'D = 1000 і Е зі зворотним зв'язком по ЕРС з діапазоном D = 20.

Електроприводи серії ЕПУ1 (рис. 51.12-51.18) Силові схеми ТП для живлення якоря двигуна ТПЯ (UM) (рис. 51.12) виконуються за трифазною мостовою схемою з силовими оптрони тиристорами на струми до 100 А і силовими тиристорами на струми 200, 400, 630 А з одним комплектом вентилів для нереверсивного ЕП і двома для реверсивного. ЕП виконуються з трансформаторним харчуванням з трьох – і двохобмотувальні трансформатори Т (рис. 51.12, а, б) з випрямленою напругою відповідно 115 і 230 В і з струмообмежуючими реакторами L (рис. 51.12, в) з випрямленою напругою 230 В і при напрузі мережі 220 В. У якірного ланцюга для високомоментних двигунів передбачений реактор, що згладжує L1. Випрямляч Bn (U) для обмотки збудження двигуна виконується по одне – і трифазним схемами випрямлення з діодами. У двозонний ЕП використовується ТП збудження TIIB (UL). Він виконується по однофазної мостової полууправляемой схемі з двома оптрони тиристорами і двома діодами (на струми ЕП до 100 А) і по однофазної керованої схемі з чотирма оптрони тиристорами і захисним тиристором (на струми ЕП 200, 400 і 630 А).

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

[] FU2 BF1

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

ТПЯCUM)

Ю

WB(UL)

LM

Рис. 51.12. Схеми живлення двигунів ЕП серії ЕПУ1: і – з триобмоткового трансформатора; б – з двохобмотувальні трансформатори, в – з реактором

Максимально-струмовий захист ЕП з двигуном на струми до 100 А проводиться плавкими запобіжниками FU1, а вище 100 А – автоматичним вимикачем QF1. Вимикач QF, забезпечує захист трансформатора, в комплект поставки ЕП не входить. Захист ТПВ (1Л) проводиться плавкими запобіжниками FU2.

Електропривод ЕПУ1-2П

На рис. 51.13, а приведена функціональна електрична схема СУ ЕП ЕПУ1-2П. Вона містить: М, LM - ДПТ з вбудованим тахогенератором BR; ТПЯ (UM) -Реверсивний ТП напруги ланцюга якоря двигуна з трифазною системою імпульсно-фазового управління СІФК (AU); Т- узгоджувальний силовий трансформатор; L - реактор, що згладжує (використовується при необхідності); Bn (U) – Випрямляч для живлення обмотки збудження двигуна, що підключається при UB = 110 В до третьої обмотці Т і при UB = 220 В – до двох фаз силовий вторинної обмотки Т (див. мал. 51.12, а, б), при застосуванні двигунів з порушенням від постійних магнітів Вп не використовується; ЗС (SR) - задатчик швидкості.

Система управління ЕП одноконтурна з ПІ-PC і ООС по току. Вона містить: PC (AR) – регулятор швидкості; УЗТ (А UF) – Вузол залежного токоограніченія; НЗ (АН) – Нелінійне ланка; ФПЕ (AVE) - функціональний перетворювач ЕРС двигуна; ПХ (S / 4) – перемикач характеристик; ЛУ (Ай) – Логічний пристрій; УО (AS) – Керуючий орган; БЗ (AF) - блок захисту; ДТ (1} А), ДПВ (ІУ $) – датчики струму і провідності вентилів (тиристорів).

На вхід РС подається напруга завдання швидкості £ / 3> з з ЗС або з аналогового виходу пристрою числового програмного керування УЧПУ через R2, напруга ООС по швидкості ис з тахогенератора BR через R4, R5 І напруга установки нуля швидкості двигуна з резистора R3. £ / 3IC подається різної полярності для реверсування двигуна. Це забезпечують реле К1 («Вперед») і К2 («Назад»), контакти яких подають напруга до ЗС відповідної полярності і через БЗ Деблокуючого РС. В ЕП прийнятий ПІ-РС з обмеженням вихідної напруги 1/РС резистором R8, що забезпечує обмеження максимального значення випрямленої напруги перетворювача Ud max – E + ImaxR, Визначального максимальну уставку струму якоря двигуна Imax = (Ud – E) / R.

ЙйПЖгм!

«Т ТПЯШМГ -

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 51.13. Електропривод ЕПУ1-2П:

А – Функціональна схема; 6 – Характеристика УЗТ

З виходу PC напруги «рс надходить на НЗ, яка подає напругу управління струмом двигуна щ т на ПХ і сигнал завдання Напрями струму u3> HiX (напрямок обертання двигуна) на Л У.

У ЕП здійснюється залежне нелінійне струмо за допомогою УЗТ, що забезпечує зниження уставки струму обмеження у функції швидкості (напруги ис, що надходить з BR через дільник R6, R7). В основу такого струмообмеження покладена нелінійна залежність допустимого перевантаження двигуна по струму від його швидкості (рис. 51.13, б), яка апроксимується двома прямими АВ і ВС з регульованою точкою перегину В за рахунок налаштування кутів Vj і v2-

Обмеження максимально можливого викиду струму при пуску двигуна забезпечує ФПЕ, включений в ланцюг позитивного зворотного зв'язку за швидкістю, формує перехідний процес швидкості двигуна. Сигнал ФПЕ поданий на НЗ, на виході якого формується напруга управління ТПЯ Іу, л – КЦЗ "рс +« е. Де КЦЗ – коефіцієнт посилення НЗ; щ – сигнал ПОС за швидкістю, пропорційний ЕРС двигуна і сформований ФПЕ. ФПЕ має арксінусную характеристику ( t / фпе = arcsin -), за допомогою

V Ed0 J

Якої формується напруга управління перетворювача му п, точно компенсує зміна ЕРС перетворювача, що має нелінійну характеристику (£ "= Еп0 sin а). Тому в перехідних процесах струм двигуна, рівний 7 = (£ п – En) / R, підтримується постійним незалежно від швидкості.

У схемі значення щ виставляється резистором R9 так, щоб середнє значення иРс при номінальній швидкості двигуна на холостому ходу було близьким до нуля. Тоді ІРС стає пропорційним тільки струму двигуна і тому обмеження його рівня резистором R8 забезпечує обмеження максимального випрямленої напруги, яка визначає максимальне значення струму якоря двигуна.

При правильному налаштуванні ІЕ діаграма струму двигуна при пуску близька до прямокутної. При недокомпенсацію (щ мало) із зростанням швидкості струм спадає, а при перекомпенсації (щ велике) струм зростає.

НЗ та ФПЕ з резистором R9 утворюють адаптивне пристрій лінеаризації характеристик ТПЯ в режимі переривчастого струму. НЗ має нелінійну характеристику і перед – станляет собою підсилювач зі змінним коефіцієнтом підсилення, який при малому сигналі управління підвищує коефіцієнт посилення СУ ЕП, компенсуючи цим підвищення еквівалентного опору кола якоря

К'е в режимі переривчастих струмів. При цьому НЗ має характеристику, зворотну характеристиці ТПЯ в режимі переривчастого струму, тобто коефіцієнт посилення НЗ (/ енз) обернено пропорційний коефіцієнту підсилення ТПЯ (КПЯ), а коефіцієнт передачі ФПЕ має залежність кфпе = arcsin (EJE ^ що компенсує 'дію внутрішньої ООС по ЕРС двигуна Еа. За допомогою такого адаптивного пристрою забезпечується сталість коефіцієнта посилення ТПЯ в режимах переривчастого і безперервного струмів.

ТПЯ управляється від трьохканальної СІФУ, сигнал управління на яку подається від УО, де встановлюються кути управління анач, amin, Ітах і сигнал управління підсумовується з сигналом ООС по струму, поданим через резистор R10. Для узгодження реверсивного керуючого сигналу НЗ з нереверсивною регулювальної характеристикою УО служить ПХ, керований Л У. ЛУ забезпечує роздільне управління катодного і анодного групами ТПЯ. Воно здійснює вибір потрібної групи залежно від знака 1/3> з, що визначає напрям (знак) струму двигуна 1/зн х, перемикає групи на бестоковом інтервалі за сигналом ДПВ, забезпечуючи перемикання імпульсів управління з однієї групи тиристорів на іншу сигналом дозволу 1 / р, і формує затримки за часом у момент зняття імпульсів з працюючою раніше групи і подачі їх на вступаючу в роботу групу.

Конструктивно елементи ЕП розташовані на трьох платах з друкованим монтажем, встановлених в стандартній касеті БУК-б і з'єднаних із загальною схемою роз'єднувальними клемними з'єднувачами. На платах розташовані силові елементи ТПЯ (силова плата), елементи СУ ТПЯ: СІФУ, УО, ЛУ; ФИВ (плата управління ПУ1), елементи РС, НЗ, ПХ, УЗТ, ФПЕ, елементи захисту БЗ і елементи датчиків ДТ і ДПВ (плата управління ПУ2).

ТПЯ (рис. 51.14) являє собою два трифазних керованих випрямних мосту, включених зустрічно-паралельно і працюють за принципом роздільного управління. Кожен міст виконаний на оптронні тиристорних модулях VS1.1-VS6.1, VS1.2 – VS6.2 типу МТОТО, встановлених на загальний охолоджувач. Для захисту тиристорів від перенапруг використані ланцюга RC. Для підвищення завадостійкості керуючий перехід тиристора шунтируется резисторами (4,7 кОм). Для захисту тиристорів від перегріву в охолоджувач ТПЯ вбудований терморезистор (6,8 кОм).

СІФУ ТПЯ (рис. 51.15, а) складається з трьох формувачів імпульсів ФІ1 – ФИЗ і підсилювачів імпульсів ОтаА, уіх, УІЬ, УІу, УІС, УІГ. Кожен ФІ включає в себе: Ф – фільтр; ПЕ1, ПЕ2 – порогові елементи; ФСІ – формувач синхронізуючих імпульсів; ДПН – генератор пилкоподібної напруги; АЛЕ – нуль-орган; Т-RS – тригер; ФДІ – формувач тривалості імпульсів; ВУ – вхідні пристрою ТПЯ, що подають імпульси на тиристори груп «вперед» (В) і «назад» (Н); ІСН – джерело синхронізуючого напруги.

Схеми ФІ1 – ФИЗ ідентичні. Схема ФІ1 з УО наведена на рис. 51.15, б. У ній використані наступні елементи: Ф – Я4, R5, С1; ПЕ1 – VT1, VT2; ПЕ2 – VT3, VT4; ФСІ – мікросхема D1 {Dl. l-D1.4); ДПН-VT5, С2, мікросхема А1.1; АЛЕ – мікросхема А1.2; Т-мікросхема D2 (D2.1-D2.4); ФДІ – VT6, С4. УІ виконані на транзисторах (VT7, VT8), навантаженням яких є світловипромінюючі діоди оптронні тиристорів ТПЯ (див. рис. 51.14) або обмотки імпульсних трансформаторів у ВУ ТПЯ із звичайними тиристорами на струми 200 – 630 А.

Схема працює в такий спосіб (рис. 51.15, в). Синхронізуючий фазна напруга ісінх, яке надходить від ІСІ, зсувається фільтром на 30 ° і далі разнс полярні ПЕ1 і ПЕ2 перетворять його в протифазні прямокутні імпульси [колектори VT2 (к) і VT4 (к)], тривалість яких визначає зону регулювання імпульсів для фази а й х і становить 176 °, що виключає одночасну видачу керуючих імпульсів у двох протівофазних вентилях випрямного моста. При сигналі 0 на вході ПЕ1 і ПЕ2 в момент переходу синусоїдальної напруги через нуль, на виході ФСІ (вихід D1.2, D1.3) формується сінхроімпульс (сигнал 1), який відмикає транзистор VT5 і цим здійснює розряд інтегруючого конденсатора С2 у ДПН до нуля. У момент зникнення синхроімпульсу напруга на виході ДПН починає знову лінійно наростати від нуля приблизно до 9 В. Момент перевищення напруги ДПН над напругою управління иу п, що надходить з УО, фіксується АЛЕ, який змінює свій стан з 1 на 0. При цьому перемикається тригер Т і на його виході з'являється сигнал 0, який викликає появу на виході ФДІ керуючого імпульсу, тривалість якого, обумовлена ланцюгом R6, С4, становить не більше 10 °. Цей імпульс надходить на вхід одного з підсилювачів ОтаА (VT7) або уіх (VTS) відповідно до сигналом ПЕ1 або ПЕ2 (виходи D1.1 і D1.4). На вхід УІ надходить імпульс і з іншого ФІ, зрушений щодо першого на 60 °. Ці зсунуті імпульси, посилені УІ, надходять через світловипромінюючі діоди оптронні тиристорів на керуючі електроди катодного і анодного груп ТПЯ.

OA OB ОС

VS1.1

Вихід 1 ФІ1

VS2.1

Вихід 1 ФИ2

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

V51.Z

Вихід 3 ФІ1

Vs2.2

Вихід 3 ФИ2

VS3.2

Вихід 3 ФИЗ

Vs4.2 Вихід 2

ФІ1

VS5.2

Вихід 2 ФИ2

V56.2

Вихід 2 ФИЗ

Рис. 51.14. Схема силових ланцюгів ТПЯ ЕП ЕПУ1-2П

V53.1

Вихід 1 ФІЗ_

VS4.V

Вихід 4 ФІ1

Vs5.1

Вихід 4 ФИ2

VS6.1

Вихід * ФИЗ

Тригер Т зберігає свій стан до тих пір, поки з ФСІ на його інший вхід вступить наступний сінхроімпульс. Тригер може підготуватися до видачі імпульсу і сигналом з ЛУ [пропажа і подальшу появу дозволяючого напруги видачі імпульсів ір (див. рис. 51.13, а)].

СІФУ забезпечує лінійну регулювальну характеристику а = / (иу п) (рис. 51.15, г).

-12В 9 ІН Г ~ 1.

+ 12В 9

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

(Заборона імпульсів)

Рис. 51.15. СІФУ ТПЯ ЕПУ1-2П: а – Функціональна схема; б – Принципова схема; в – діаграми напруг; г - регулювальні

Характеристики

Напруга управління йу п на ФІ подається від УО (мікросхема А2.2), який служить для узгодження виходу каналу регулювання з входом СІФУ, а також для установки початкового кута регулювання анач = 120 ° (резистором R1) і для обмеження мінімального ami "(R2 ) і максимального Атаху (R3) значень кутів. Сигнал управління на УО надходить від ПХ (див. рис. 51.13, а).

Логічний пристрій ЛУ (рис. 51.16, а) містить два нуль-органу: HOI (А1.1) і Н02 (А1.2); тригери заданого ТЗН (D1.2, D1.3) і істинного ТІН (D2.2, D2.3) напрямів струму якоря двигуна; елементи І-НЕ на входах тригерів ТЗН (Dl. l, D1.4) і ТІН (D2.1, D2.4) і на їх виходах (D3.1 – D3.3) ; елементи затримки на – перемикання (D3.4, CI, R1) і транзисторні ключі КН «назад» (VT1, VT2) і KB «вперед» (VT3, VT4) з виходами HI, Н2, Bl, В2. Працює Л У такий спосіб.

Ш. З (Вш) UrmtUyp

Тл (Вих) V Г7 (к) VT8 (K)

Сигнал і3 н т з проміжного виходу НЗ надходить 'на інвертується вхід HOI, який встановлюється в стан 1 або Про відповідно при негативному або позитивному сигналі і3. Якщо на блокирующем вході Б В імеется'сігнал 1 від ДПВ, то елементи І Dl. l, D1.4 пропускають сигнал HOI на ТЗН. При цьому елементи D2.1, D2.4 за наявності на їх загальному вході сигналу 1 переводять ТІН в положення, відповідне ТЗН. Виходи тригерів підключені до елементів

D3.1, D3.3, керуючими транзисторними ключами КН і КВ, які дозволяють подачу керуючих імпульсів на групи тиристорів ТПЯ «назад» або «вперед» (виходи HI, В1) і здійснюють управління ПХ на вході УО (виходи Н2, В2) .

VT2 (K)

V Сінх

VT4M

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

T

VT6 (K) Ш. КВих)

За наявності керуючих імпульсів і струму в силовому ланцюзі з ДПВ на блокуючий вхід БВ надходить сигнал 0, забороняє проходження сигналу з виходу HOI на вхід ТЗН до зникнення струму на тиристорах. ГТрі цьому ТЗН і ТІН залишаються в первісному, стані, тобто знаходяться в положенні обраного напрямку. Під час реверсування сигналу і3 реверсируется сигнал на виході HOI. При цьому керуючий сигнал uy п з виходу ПХ (див. рис. 51.13, а) змінює знаки і кути регулювання стають рівними am "x. Струм в силовому ланцюзі починає спадати, і як тільки він досягне нуля, з ДПВ на вхід БВ надійде сигнал 1, дозволяючий HOI і Н02 через елементи Dl. l, D1.4 і перевести ТЗН в новий стан. На виході D3.1, D3.3 з'являються сигнали 1, ключ КН вимикається.

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

+24В

М-

I

Вихід 1ФІ1

Вихов 2 Фі 1

£ 4 -

Вихід ЗФІ1

Вихід 4 ФІ1

КФІ2, ФИЗ S)

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 51.16. Функціональна cxetvia: А – логічного пристрою; б – датчика провідності вентилів

4ZH-

ОЕщій ТПЯ___________

Одночасно з виходу D3.2 знімається сигнал дозволу видачі імпульсів і забороняється видача імпульсів ФІ, починається відлік витримки часу на приведення тригерів в новий стан: на виході D3A з'являється сигнал 1, конденсатор С1 починає заряджатися і при досягненні на ньому напруги, відповідного рівня 1, елементи І D2.1, D2A переводять тригер ТІН в положення, відповідне триггеру ТЗН. Після цього включається ключ КВ. На виході D3.2 з'явиться сигнал дозволу видачі імпульсів у ФІ тільки після включення одного з каналів пристрої (HI або В1). Таким чином, після зняття імпульсів з раніше працював каналу для надійності здійснюється короткочасна затримка видачі керуючих імпульсів по каналу нового напрямку струму, що виключає аварійне включення тиристорів через обмежену чутливості датчика провідності. Якщо під час відліку витримки 'часу на вхід HOI або Н02 надійде команда на включення і первинне положення, то тригер ТЗН повертається до попереднього стану і миттєво дозволяється видача керуючих імпульсів на тиристори спочатку обраної групи.

ДПВ (рис. 51.16, б), що визначає перебуваючи – ■ ня тиристорів (відкриті або закриті), працює за принципом контролю напруги на тиристорах анодного і катодного груп ТПЯ. Він складається з трьох двополярності нуль-органів (ПЗ) відповідно на транзисторах VT1 – VT2, VT3-VT4, VTS-VT6, схем АБО на транзисторах VT7 – VT9, транзисторного ключа VT10 і вузла розв'язки, виконаного на оптопаре VD. При провідному стані хоча б одного з тиристорів ТПЯ відповідні транзистори двополярності АЛЕ закриті, а транзистор АБО в цьому ланцюзі відкритий. При цьому VT10 закритий і оптопара VD знаходиться в непроводящем стані, забороняючи перемикання ЛУ. При закритих тиристорах всіх трьох плечей перетворювача транзистори АЛЕ відкриті, VT7-VT9 закриті, VT10 відкритий, світловипромінювальних діод оптопари VD включений і оптопара пропускає сигнал на вихід ДПВ, дозволяючий перемикання Л У.

У ЕП передбачені наступні електричні захисту: нульова від зникнення напруги силового ланцюга (мережі живлення) та від зниження напруги ланцюга управління; максимально-струмовий від коротких замикань; час при –струмовий від перевантаження двигуна; температурна від перегріву двигуна і від перегріву перетворювача, від обриву ланцюга тахогенера – тора; від неправильного чергування фаз мережі управління; від блокування регулятора швидкості і сигналу завдання.

При спрацьовуванні відповідного захисту БЗ транзистором VT1 (див. рис. 51.13, а) здійснює блокування виходу РС, в УО забезпечує максимальний кут управління imay і в СІФУ сигналом 1 / з забороняє подачу керуючих імпульсів на тиристори ТПЯ, а також запалює світловипромінювальних діод, що сигналізує про роботу захисту (на схемі не показаний).

Електропривод ЕПУ1-2Д (двозонний)

До складу ЕПУ1-2Д входять (рис. 51.17): М, LM – ДПТ незалежного збудження з вбудованим тахогенератором BR, ТЛЯ (UМ) – реверсивний ТП напруги ланцюга якоря ДПТ з трьохканальної СІФУ (АіМ); ГПВ (UL) – нереверсивний однофазний ТП напруги ланцюга збудження двигуна з СІФУВ (AUL); LI, L2 – мережеві струмообмежуючі реактори (можуть використовуватися силові трансформатори); ЗС (SR) – задатчик швидкості. Система управління ЕП містить два канали регулювання швидкості двигуна: канал регулювання напруги якоря і канал регулювання магнітного потоку і ЕРС двигуна.

Канал регулювання напруги якоря двигуна аналогічний ЕПУ1-2П (див. рис. 51.13, а). Відмінність полягає у використанні ПОС з ФПЕ не по швидкості, а по напрузі, сигнал якої знімається з датчика напруги ДН (11У), тому що за двозонного регулювання швидкості ЕРС двигуна залежить не тільки від його швидкості, але і від магнітного потоку. Приймається ОС не по ЕРС, а по напрузі тому, що з урахуванням ОС по струму, поданої на УО, сигнал на вході СІФУ (АіМ) містить складову, пропорційну ЕРС Таке рішення спростило схему.

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

R10

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 51.17. Функціональна схема двухзонного ЕП серії ЕПУ1-2Д

1 -

I

Дтя

ШМ)

Канал регулювання напруги на обмотці збудження двигуна виконаний з двох-контурної системою регулювання з КТ збудження і КЕ двигуна. Він містить: РТВ (АА) – ПІ-регулятор і ДТВ (1} А2) – датчик струму збудження; РЕ (АЕ) – ПІ-регулятор ЕРС; ДН (UV) – датчик напруги і Bn (V) – випрямляч (пристрій виділення модуля сигналу ОС по напрузі). РТВ і РЕ забезпечують сталість відповідно струму збудження і ЕРС двигуна. РЕ подає сигнал на СІФУВ.

Електропривод виконаний з залежним від напруги двигуна принципом управління швидкості з задатчиком швидкості ЗС (SR) і забезпечує регулювання швидкості в першій зоні зміною якоря при постійному магнітному потоці і в другій зоні – зміною магнітного потоку при постійній ЕРС двигуна.

Запуск двигуна, як і в ЕПУ1-2П, здійснюється за допомогою реле К1 і К2 і з УЧПУ. У системі управління мається задатчик інтенсивності ЗІ {SJ), який використовується при необхідності. y3T (AUF) зменшує уставку струмообмеження для поліпшення комутації двигуна при ослабленні магнітного потоку.

ТПЯ і СІФУ в двозонному ЕП виконані, як в ЕПУ1-2П (див. рис. 51.14 і 51.15).

ТПВ виконаний за однофазної мостової напівкерованих схемою (рис. 51.18, а) з ОПТРОН тиристорами VS7.1, VS1.2 типу МТ02-25 і діодами VD1.1 – VD1.2 типу МД2-25 (для ЕП на струми до 100 А) і по однофазної мостової керованої схемі (рис. 51.18,6) з ОПТРОН тиристорами VS7.1 – VS8.2 (МТ02-25) і захисним шунтувальним тиристором VS9 типу Т122-25 (на струми ЕП 200, 400 і 630 А). (Тиристори VS1 – VS6 знаходяться в ТПЯ на рис. 51.13.)

СІФУВ (AUL), що містить формувач імпульсів збудження (ФИВ)

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 51.18. Тиристорний перетворювач ланцюга збудження двигуна ЕП ЕПУ1-2Д: а, б – Схеми силових ланцюгів; е – Схема СІФУ (ФИВ); г - діаграма напруг ФИВ; «вих» позначає напруга на виході елемента, до – на колекторі транзистора

Виход1 ФИВ

Виходг

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

-12В.

КДТВ

Виход1

ФИВ

Вь/ход2

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

12В

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 51.18.

(Рис. 51.18, в), формує керуючі імпульси тиристорів ТПВ. ФИВ працює спільно з ФІ1 (СІФУ) і включає в себе наступні функціональні вузли: нуль-орган АЛЕ (А2.1); RS-тригер (D4.2, D4.3); елементи І (D4.1, D4.4) та підсилювачі імпульсів (VT1, VT2). На вхід АЛЕ надходять: позитивний сигнал управління іу_в через резистор R1; позитивний сигнал ДПН з ФІ1 через резистор R2 і негативний сигнал зміщення UCM від джерела живлення через резистор R3. У момент перевищення лінійно наростаючої напруги ДПН над алгебраїчною сумою сигналів їх = UCM – ИУВ АЛЕ змінює свій стан, що викликає перемикання RS – тригера і підсилювачів імпульсів. Діаграма напруг ФИВ наведена на рис. 51.18, м. Тривалість вихідних імпульсів ФИВ становить 180 °, що необхідно для надійної роботи ТПВ.

Максимальний кут регулювання автах встановлюється резистором R3, мінімальний aBmi "- Rift ЕПУ1-2Д застосовується електричний захист, як в ЕПУ1-2П, і додатково до ЕПУ1-2П маються захисту: від обриву ланцюга обмотки збудження; від перевищення максимальної швидкості; від перенапруги на обмотці якоря двигуна. При цьому E3 (AF) (див. рис. 51.17) додатково транзистором VT2 блокує сигнал завдання швидкості на вході РС.

У ЕП є вузол відповідності УС (АР), що виявляє відповідність швидкості двигуна заданому значенню і службовець для узгодження роботи ЕП головного руху і подачі.

Комплектні тнрнсторние електроприводи постійного струму серії КТЕ (рис. 51.19-51.23, табл. 50.7)

Комплектні тиристорні ЕП серії КТЕ з природним повітряним охолодженням призначені для споживачів постійного струму, що вимагають автоматизованого регулювання швидкості, положення вала, потужності, випрямленої напруги, ЕРС двигуна і натягу матеріалу. Вони використовуються в металургійній та інших галузях народного господарства [51.21]. Електроприводи випускаються одно-, двох – і багатодвигунними з однозонний і двозонним регулюванням швидкості, нереверсівние і реверсивні з реверсом як по ланцюгу якоря, так і по ланцюгу обмотки збудження. Вони використовуються як збудники для системи Г-Д.

Електроприводи включають в себе: нерегульовані і регульовані, нереверсівние і реверсивні ТП з СІФУ; силові живлять трансформатори або струмообмежуючі – щий реактор в ланцюга випрямленого струму; системи автоматичного регулювання швидкості (АСР), положення, потужності, натягу, без регулювання і з плавним залежним регулюванням магнітного потоку; джерела живлення обмоток збудження двигунів і тахогенераторів, електромагнітного гальма і електронних пристроїв системи управління; пристрій аварійного динамічного гальмування; пристрої захисту та сигналізації; силову комутаційну і захисну апаратуру в колах змінного і постійного струму, апаратуру управління.

Силові схеми ЕП мають різні виконання залежно від типу і потужності ЕП. На рис. 51.19 приведена силова схема ланцюга якоря двигуна реверсивного ЕП. Харчування ЕП здійснюється від мережі змінного струму напругою 220, 380 В або 6 і 10 кВ з використанням силових трансформаторів Тілі токоограничивающих реакторів LI – L3, застосовуваних для малих за потужністю ЕП з струмами до 500 А включно при живленні від мережі з напругою 220 і 380 В і напруженнями ТП 230 і 460 В.

ТП виконані за трифазною мостовою схемою випрямлення з одним мостом (тиристори VS1 – FS6) у нереверсивного ЕП та зустрічно – паралельним з'єднанням двох випрямлених мостів (тиристори VS1 – VS6 і VS7 – VS12) в реверсивному. У ТП на струми до 500 А включно в мосту використовується шість тиристорів, а при токах 800 А і вище в кожне плече моста включаються до чотирьох тиристорів паралельно з використанням дільників струму.

Керуючих імпульсів у всьому діапазоні керування не перевищує ± 3 °.

Реверсивні ТП виконуються з роздільним керуванням випрямними комплектами, перемикання яких здійснюється РУ з часом реверсу струму не більше 30 мс під час бестоковой паузи, що не перевищує 7 мс. РУ містить логічне перемикаючий пристрій ЛПУ і датчики стану вентилів (ДСВ) (див. рис. 51.19). ЛПУ має комбінований алгоритм управління, за яким в режимі переривчастого струму комплекти підключаються поперемінно (режим сканування), а в режимі безперервного струму включається тільки комплект заданого напрямку. ДСВ контролюють напруги на тиристорах і видають сигнали про замикання окремо анодного і катодного груп тиристорів. У ЕП на струми вище 500 А в ланцюзі випрямленого струму встановлюється згладжує реактор L4.

Підключаються ЕП до мережі низької напруги 220 і 380 В вступними автоматичними вимикачами QF1, а до мережі високої напруги 6 або 10 кВ – через ввідний високовольтне пристрій ВВУ з роз'єднувачами QS і масляний вимикач Q. У ланцюзі випрямленого струму встановлюються захисні автоматичні вимикачі QF2 (двополюсні при токах 500 А включно і однополюсні до трьох на паралель при токах вище 800 А). Для механізмів, що вимагають частих наладок, випускаються ЕП з лінійним контактором КМ в ланцюзі випрямленого струму, що забезпечує видимий розрив ланцюга за вимогами техніки безпеки.

6-10 KB

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 51.19. Схема силових ланцюгів ЕП серії КТЕ

У ЕП застосовуються нульова захист (реле KV), яка відключає QF1 або через ВВУ вимикач Q, максимально-струмовий захист (QF1, QF2 і герконовиє реле К, встановлювані в колах постійного і змінного

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 51.20. Регулювальні характеристики СІФУ ТП ЕП серії КТЕ

Система управління ТП містить: СІФУ з вихолнимі каскадами, гальванічними розв'язками, системами роздільного управління (РУ), харчування і контролю (на схемі не показано). СІФУ побудована за вертикальним принципом з пилкоподібним опорною напругою. Вона має лінійну регулювальну характеристику a (Uy n) (рис. 51.20) з повним діапазоном зміни кута управління не менше 170 ° при зміні напруги керування від +10 до -10 В і струму управління не більше 5 А. Діапазон зміни кута регулювання становить amj "= 5 ч-90 °, про" ах = 90 -: -175 °. Початковий кут узгодження може змінюватися від 60 до 130 °. Дрейф регулювальної характеристики становить не більше +4 ° у всьому діапазоні зміни температур, асиметрія

Струму), здійснюється контроль стану ізоляції (реле К А, що впливає на систему сигналізації, і міліамперметр рота). У ТП на струми 800 А і вище при паралельному з'єднанні тиристорів в їх колах встановлюються швидкодіючі плавкі запобіжники. Від перенапруг тиристори захищені ланцюжками RС і варисторами RU.

У ЕП мається аварійне динамічне гальмування двигуна (тиристори VS13, VS14, R1). Для механізмів, що вимагають фіксації положення при зупинці, використовується електромагнітний гальмо YB.

Харчування обмотки збудження двигунів (рис. 51.21) здійснюється від трифазних мостових нереверсивних і реверсивних ТП (тиристори VS1 – VS6) з такими ж СІФУ, як у ТПЯ. Харчування ТП здійснюється від мережі низької напруги через погоджувальні живлять трансформатори Т (можливі варіанти безпосереднього живлення від мережі через струмообмежуючі реактори). Підключення до мережі здійснюється автоматичним вимикачем QF, що здійснює максимально-струмовий захист. Тиристори захищені ланцюжками RC. Обмотка збудження від перенапруг захищена резисторами R, включеними послідовно-паралельно при великих потужностях двигунів. Реле KV використовується для нульової захисту.

Автоматична система регулювання (АСР) у ЕКТ випускається 24 видів залежно від необхідності її використання. Розроблено АСР: швидкості, ЕРС, положення, потужності, напруги та ін з управлінням одно-, двох – і багатодвигунними (до 10 і 20 двигунів) ЕП з однозонний і двозонний – г *

VS1 VS3

-3J * -

V55 "З R

Чн =>

KV

-g £ brgzb-'

Фш Ш i| Ii

VS6

ЗИ-

VS4

Vsz

R З

-CZHh "

■ СШН

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

PA)

-T = Hh

HHzzb HHzd-

R1

LM

Jvyyv

Рис. 51.21. Схема живлення обмотки збудження двигунів ЕП серії КТЕ

Вим регулюванням швидкості, з реверсом в ланцюгах якоря і збудження двигуна, для системи Г-Д, аналогові і цифрові.

? н

0.F У V 1>

Ш

До До Т

АСР побудовані за принципом підлеглого регулювання. На рис. 51.22 приведена

} "-3B0B

ЗИТ СІФУ

ЗІС

(SJR) U3KC УКАП U3C PCCAR)

> J77i пгт' ————————-

3C(SR) СКА ФЧВ

ТПЯ (UM)

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 51.22. Функціональна схема однозонного ЕП серії КТЕ

г;

У2ГА2) (SJA) РТЖААП V ^ AUM)


Функціональна схема однозонного реверсивного ЕП з АСР швидкості. На схемі позначено: М, LM – ДПТ незалежного збудження; ТПЯ (ІМ), ТПВ (іь) – ТП ланцюгів якоря і збудження двигуна з СІФУ (AUM) і СІФУВ (AUL); LI – L6 – струмообмежуючі – щие реактори (можливе використання силових трансформаторів); 3С (SR) – задатчик швидкості, що включає в себе СКА – сель – сінний командоаппарат і ФЧВ – фазочув-ствительность випрямляч (маються АСР із ступінчастим задатчиком швидкості); ЗІС (SJR), 3HT (SJA) – задатчики інтенсивності швидкості і струму; PC (AR), РТЯ (АА1), РТВ (АА2) – регулятори швидкості, струму якоря (адаптивний), струму збудження; BR – тахогенератор; ДС (UV), Дтя (ІА1), ДТВ (UA2) – датчики швидкості, струмів якоря і збудження; УШ, УТЛ – пристрої шунтування регуляторів і технологічної логіки; У1 (/ 17), У2 (А2) – додаткові суммирующие підсилювачі.

При застосуванні як ЗС СКА у схемі використовується ФЧВ, що перетворює сигнал змінного струму сельсина в сигнал завдання швидкості 1? Зс постійного струму, РС виконується при необхідності пропорційним або пропорційно-інтегральним з обмеженням сигналу завдання струму т, забезпечуваним схемою з двома нуль-органами, виконаними на операційних підсилювачах, і опорними напругами. РТЯ – пропорційно-інтегральний, адаптивний регулятор, який здійснює регульоване підвищення коефіцієнта посилення при роботі двигуна в режимі переривчастого струму. ЗІС і ЗИТ забезпечують задані темпи наростання швидкості та струму, забезпечуючи відповідно їх похідні dw / dt і di / dt. На У1 і У2 можуть підсумовуватися різні технологічні сигнали, наприклад на У1 з УТЛ подаються технологічні команди – рух вперед, назад, поштовх-вперед, назад, обмеження руху механізму і т. д. Ці підсилювачі обмежують максимальні значення швидкості та струму

ПІ РС і РТЯ не дозволяють двигуну зупинитися (нерухомо) через самоходу, що виникає при інтегруванні регуляторами сигналів дрейфів елементів схеми. Для зупинки двигуна в схемі застосовано УШ, що забезпечує шунтування регуляторів при знятих завданнях на швидкість щ> с і прискорення щ> с (t) і відсутність швидкості зі і переводить в П-режим РТЯ.

Обмотка збудження двигуна живиться від керованого ТПВ з одноконтурної схемою управління з РТВ, що здійснює стабілізацію заданого напругою Г / З т в значення струму збудження двигуна.

На рис. 51.23 приведена функціональна схема тиристорного ЕП з двухзонной АСР швидкості. Тут додатково до рис. 51.22 позначено: ТЯ (ТМ), ТБ (TL) – живлять трансформатори перетворювачів ТПЯ (їм) і TI1B (UL) (можливе використання токо – обмежують реакторів); ЗС (SR) – задат-

ЗИТ 'СІФУ

<Тжтм)

Ж

Цз з (5JR) У1 (А1)

(SR) ^ Ч ±

Т

PC (AR) Ц3 J ДУСАР) У2 (А2) CSJA1 РТЯСАА1) (AUM)

7

Imnx

РЕМу) Мусах) РМГКАФ)

Г

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

УТЛ

УШ

Ill

Г?

Cdai / dOmat

ВПШ)

^ N ^ IISlrl *

З, мп

УОТ (AUFI

I

Рис. 51.23. Функціональна схема двухзонного ЕП серії КТЕ

Чик швидкості, в якому можуть використовуватися СКА і ФЧВ або ступінчастий задатчик; РЕ (АЕ), РМП (. АФ) – регулятори ЕРС і магнітного потоку двигуна; ДЕ (UE) – датчик ЕРС; Bn (U) – випрямляч (виделітелямі модуля) ; ФП ([/ Г) - функціональний перетворювач; yOTT (AUF) - пристрій обмеження струму і темпу зміни швидкості; МУ (АХ), ДК (АР) - розмножувальне та ділильне пристрої (МДУ).

У серії КТЕ розроблені двозонні АСР швидкості без лінеаризації і з лінеаризацією динамічних характеристик контурів регулювання швидкості і ЕРС при значному (більше ніж у 2 рази) ослабленні магнітного потоку даігателя. В якості таких пристроїв використовуються МДУ, включені після РЕ і РС та коригувальні їх коефіцієнти підсилення в залежності від магнітного потоку. У АСР швидкості без лінеаризації МУ і ДУ відсутні.

АСР швидкості в ланцюзі каналу якоря двигуна аналогічна АСР, наведеної на рис. 51.22. Для регулювання швидкості двигуна зміною його струму порушення використовується типова двохпозиційна система залежного регулювання струму збудження (див. рис. 51.11) з контурами регулювання магнітного потоку двигуна з ПІ - РМП і контуром ЕРС з ПІ-РЕ. Перетворення струму порушення в магнітний потік Ф проводиться ФП з характеристикою у вигляді кривої намагнічування двигуна.

Зміна максимальних уставок заданого струму imax і темпу зміни швидкості (d (o / dt) залежно від магнітного потоку забезпечує УОТТ.

Система захисту в КТЕ забезпечує нульову, максимально-струмовий (див. рис. 51.19 і 51.21), мінімально-струмовий захист в обмотках збудження двигуна і тахогенера - тора, захист від перевищення струмів якоря і збудження, напруги на якорі і швидкості їх допустимих значень, від перегріву підшипників і несправності маслосмазкі двигуна (для ЕП при токах вище 200 А) та ін При аварійних режимах захист відключає ЕП від живильної мережі.

При спрацьовуванні захисту у всіх випадках видається диференційований світловий сигнал сигналізації першої несправності із запам'ятовуванням кожного сигналу.

Швидкодіючі електроприводи постійного струму з широтою-імпульсними перетворювачами (табл. 50.4)

Випускаються ЕП з широтно-імпульсну - мі перетворювачами (ШИП - Д), що живляться від мережі змінного струму через некерований випрямляч. Вони використовуються в металорізальних верстатах, промислових роботах, ковальсько-пресовому обладнанні та в інших механізмах, оснащених системою ЧПУ.

Такі ЕП більш швидкодіючі, ніж ЕП з керованими випрямлячами (ТП-Д) (смуга пропускання до 200 - 250 Гц), забезпечують високі діапазони регулювання швидкості {до 10000 і вище) з високою плавністю обертання двигуна, мають менші втрати і більш високий коефіцієнт потужності [51.22]. Останньою розробкою є трикоординатний ЕП типу ЕШІМ-1, призначений в першу чергу для ЕП механізмів роботів. До складу ЕП (рис. 51.24, а) входять: Т-живлячий трансформатор; БП (/ 4G) – блок живлення; БР (/ IS) – блок регулювання з системою управління; М, LM – ДПТ незалежного збудження з вбудованим тахо – генератором BR (у двигуні можуть бути вбудовані або прибудовані датчик шляху і механічний гальмо); QF – автоматичний вимикач; PC (AR), РТ (АА) – регулятори швидкості з підсилювачем УЗ (A3) і струму; ДТ (ІА) – датчик струму; КМ – магнітний пускач з приставкою (на малюнку не показаний); L1.1 – L1.4 – сглаживающие реактори.

Основним елементом ЕП є БР. Він здійснює імпульсну модуляцію напруги живлення двигуна. БР забезпечує роботу однієї керованої координати механізму в замкнутій по швидкості СУ ЕП. Він містить: ТК1 – ТК4 – транзисторні ключі з блоками управління БУК1-БУК4 VD1 – VD4 – зворотний міст (шунтуючі діоди) і блок управління з системою регулювання.

В ЕП застосований триобмотковий живить трансформатор з двома вторинними обмотками, службовцями для роздільного харчування силової частини ЕП і СУ.

БП виконується на струми 16 і 40 А, забезпечує роботу від одного до трьох БР (при одній-трьох координатах управління). Він містить силовий трифазний випрямляч зі згладжуючим фільтром, розрядники для обмеження перенапруг, що виникають при гальмуванні двигуна або з боку живильної мережі, і для забезпечення аварійного гальмування двигунів будь координати; пристрій захисного відключення при аваріях в БР і джерело живлення ланцюгів керування, що забезпечує стабілізовану змінну напругу прямокутної форми 24 В, 5 кГц і стабілізовану постійну напругу 48 В, до складу якого входять випрямляч з фільтром, імпульсний стабілізатор

В)

Рис. 51.24. Швидкодіючий ЕП постійного струму типу ЕШІМ-1: а – функціональна схема, б – діаграма формування струму

Напруги і високочастотний генератор (на схемі не показані).

Сигнали завдання швидкості Uxc і ОС по швидкості ис подаються на вхід РС через буферні диференціальні підсилювачі У1 (А1) і У2 (А2), що зменшують рівень перешкод і формують нормовані сигнали завдання і3 з і ОС ис, рівні 10 У при максимальній швидкості.

СУ ЕП двоконтурна з ПІ-PC і релейним РТ. РС виконаний з перебудовується в функції швидкості корекцією. При досягненні швидкості двигуна приблизно 0,25 сотцх контакт реле К4 розмикається, що викликає збільшення постійної часу інтегральної частини і зменшення коефіцієнта посилення пропорційної частини РС приблизно в 3 рази.

Управління реле К4 здійснює Н05 в функції однополярного вихідного сигналу У2, забезпечуваного випрямлячем Вп. Нуль – орган Н06 перемикається при швидкості, близькій до нуля, і керує роботою реле К2 і КЗ, з яких К2 включає гальмо, розгальмовуються двигун, і КЗ розблокує РС.

Г РС (АЮ

У1СА1)

К1> У2 №

Дозвіл раВоти

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Релейний РТ, виконаний на нуль-органах HOI – НСЗ з RS-тригера, через елементи І D1.1-D1.4 і оптронні гальванічні розв'язки в БУК1-БУК4 управляє силовими транзисторними ключами ТК1 – ТК4, що створюють такі режими роботи: режим 2 ( Р2) – включені ключі ТК1 і ТК4 або ТК2 і ТКЗ в залежності від полярності завдання струму; режим 1 (Р1) – включений один з ключів ТК1 або ТКЗ, струм двигуна тече через відкритий ключ і один з діодів зворотного моста; режим О (РО ) – вимкнені всі транзисторні ключі, струм двигуна тече через діоди зворотного моста в джерело постійної напруги. Режими роботи вибираються Н01 – НСЗ.

Нуль-орган Н04, на вхід якого подається сигнал завдання струму, задає напрям струму якоря двигуна.

РТ працює таким чином. На вхід Н01 – НСЗ надходить різниця напруг завдання струму Ьіз т і напруги ОС по струму якоря двигуна і.,, Що знімається з безінерційного датчика струму ДТ (ІА), що визначає струм завдання / 3 і поточне значення струму i (рис. 51.24,6) . На входи Н02 і НСЗ подаються також позитивне і негативне зміщення, що визначають пороги спрацьовування цих АЛЕ і відповідно нижню (р, – Дг) і верхню (ц + Дi) межі можливих значень струму якоря. При Літ = м3 т – щ> 0 і мз т> 0 на виході Н01 буде логічний 0, а на виходах Н02 і НСЗ – 1. Це обумовлює включення ключа ТКЗ і через витримку часу xt включення ключа ТК2. При цьому струм якоря збільшується, і коли він перевищить задане значення струму, на виході HOI з'явиться сигнал 1. Це призведе до відключення ключа ТК2 і закорочування затискачів двигуна через діод VD1 і відкритий ключ ТК2. Струм якоря починає зменшуватися, і як тільки він стане менше заданого, на виході Н01 з'явиться сигнал 0 і почнеться відлік витримки часу ть після закінчення якої знову включиться ключ ТК2 і почнеться нове наростання струму якоря двигуна. Далі процес повториться.

Якщо після відключення ключа ТК2 струм якоря двигуна продовжує наростати (це можливо при роботі двигуна в гальмівному режимі) і на виході Н01 продовжує існувати сигнал 1, починається відлік витримки часу т'ь по закінченні якої відбудеться відключення ключа ТКЗ, струм якоря двигуна починає текти по диодам зворотного моста VD1 – VD4 зустрічно напрузі джерела силового живлення, форсовано зменшуючись.

Зменшення струму буде відбуватися до тих пір, поки струм не 'виявиться менше заданого, після чого знову ввімкнеться ключ ТКЗ і т. д.

У БР маються захисту аварійна (нульова, максимально-струмовий і захист від невідповідності заданої швидкості) і технологічна (час-струмовий захист ДПТ і тепловий захист БП, БР і двигуна).

Система управління електроприводу постійного струму з силовим джерелом струму

Електропривод постійного струму з керованим моментом містить джерело живлення, що володіє властивостями джерела струму (ІТ), і двигун постійного струму незалежного збудження. Такі ЕП називають системами джерело струму – двигун (ІТ-Д) [51.23]. В якості ІТ може використовуватися некерований трифазний індуктивно-ємнісний перетворювач (ДБЖ) з випрямлячем на виході (див. рис. 51.25, а). Принцип дії ДБЖ заснований на. явищі резонансу напруг у ланцюгах LC, при якому струм у навантаженні не залежить від її опору і визначається лінійною напругою мережі живлення і опором реактивних елементів (xL = Хс).

Електропривод, виконаний за системою ІТ-Д, має властивості «джерела моменту», управління яким здійснюється зміною струму збудження двигуна (магнітного потоку), оскільки при 1Я = const момент двигуна М = / СФ / я = кяФ.

Система ІТ-Д, замкнута по швидкості, ЕРС або струму збудження двигуна, забезпечує стабілізацію цих координат при зміні навантаження. Спрощена електрична принципова схема двухдвигательного нереверсивного ЕП, виконаного за системою ІТ-Д, наведена на рис. 51.25, а [51.24]. Вона розроблена для транспортувальних пристроїв технологічних ліній кабельного виробництва.

На схемі позначено: Ml, LM1, М2, LM2 – ДПТ незалежного збудження; ІЕП (UM) – ІЕП з діодами VD1 – VD6; БО (АЯ) – блок управління збудженням двигунів Ml і М2, що включає дві ідентичні системи. На рис. 51.25, а показана одна система, в якій ТПВ (UL) – ТП збудження з оптрон – нимі тиристорами VS1 – VS4; РЕ1 (АК1) – РЕЗ (АКЗ) – релейні елементи, кожен з яких включає в себе підсилювачі У1 (А1) – УЗ (A3), що працюють в релейному режимі, транзистори VT1 – VT3 і світловипромінюючі діоди оптронів VD8 – VD10; VT4 – транзистор, здійснює з фотодіодами оптронів логічну функцію АБО; VT5 – транзистор, що працює як безконтактний ключ, що забезпечує подачу сигналів управління на силові оптронні тиристори VS1 – VS4; ЗС (SR), 3Е (SE), ЗМ (SM) – задатчики швидкості, ЕРС і моменту двигуна з напругами завдання Vv, U3 3 і U3M; ДС1 (BR1), ДС2 {ВЯ2), ДН (ІУ ), ДТ (ІА) – датчики швидкості, напруги. (ЕРС) та струму збудження; КМ1,

КМ2 – лінійні контактори; SB1, SB2 – кнопки управління; QF – автоматичний вимикач; До A, KV1, KV2 – захисні реле струму і напруги; VS5, VD7 – захисні тиристор і стабілітрон.

3 ~ 360В, 50 Гц <J) A <j> S <j> C

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 51.25. Електропривод постійного струму з керованим моментом з джерелом струму: а – функціональна схема, б – механічні характеристики

У схемі використовується роздільне незалежне управління швидкістю, ЕРС і моментом (струмом збудження) двигуна з потенційною розв'язкою, що виключає взаємні впливи. Зворотній зв'язок по швидкості забезпечує плавне регулювання швидкості двигуна в діапазоні Dc = 100 зі стабілізацією швидкості на нижніх характеристиках з точністю 20%. Зворотній зв'язок по ЕРС двигуна забезпечує плавне регулювання ЕРС (потужності) в діапазоні Д, = 50. Вона використовується в транспортувальних пристроях технологічних ліній для стабілізації натягу матеріалу, що транспортується при зміні діаметрів прийомних і віддають барабанів. Зворотній зв'язок по струму порушено-

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 51.25.

Ня може застосовуватися при регулюванні моменту двигуна в діапазоні DM = 20 з точністю стабілізації 10% і максимальному моменті до (1,2 год-1, 3) міоми. Всі ОС виконані релейними, завдяки чому забезпечується схемна простота і висока надійність роботи системи. Механічні характеристики ЕП показані на рис. 51.25,6.

Пуск двигуна здійснюється по ланцюзі порушення подачею сигналу завдання регульованою координати швидкості, ЕРС або струму збудження при установці двох інших задат-Чиков в положення, що забезпечують обмеження цих величин.

У схемі передбачені електричні захисту: нульова (КМ1 і КМ2, що відключає БО), максимально-струмовий (QF та запобіжники), від перевищення напруги ІЕП (KS5, VD7), від перенапруг на тиристорах ТПВ (ланцюга RC) і від перевищення швидкості (К VI, KV2).

Цифро-аналогові системи керування швидкістю електроприводу постійного струму

Цифрові СУ ЕП дозволяють забезпечити високі діапазони регулювання швидкості за дуже високою статичної точності, що досягає 0,01 – 0,001%, яку не можуть дати ЕП з СУ безперервної дії. Основне їх застосування пов'язано з використанням ЕОМ (див. § 51.10). Найбільше застосування знаходять цифро-аналогові СУ ЕП, 'поєднують позитивні властивості аналогових і цифрових систем. Цифро-аналогові СУ ЕП будуються за структурою підлеглого регулювання координат, в якій основний (зовнішній) контур управління виконується цифровим, а підлеглий (внутрішній) – аналоговим. Цифрові пристрої забезпечують високу точність регулювання і полегшують процес налаштування і роботи завдяки точному виміру та індикації регульованої величини – швидкості. Аналогові пристрої є вихідними і забезпечують хорошу якість перехідних процесів.

Функціональна схема цифро-аналогової СУ ЕП [51.26, 51.27] наведена на рис. 51.26, а. Система містить аналогову та цифрову частини. У аналогову частину входять: М – двигун; П (U) – ТП; PC (ARY), PT (AAY) ~ аналогові регулятори швидкості і струму; ДС (BR), ДТ (иА) – аналогові датчики швидкості (тахогенератор) і струму ; в цифрову входять: ЦЗС (SRZ) – цифровий задатчик швидкості; ЦЗІ (SJZ) – цифровий задатчик інтенсивності; ДЧ (AF) – керований дільник частоти; ЦАП (UZY) – цифро-аналоговий перетворювач; ЦІ (AJZ) – цифровий інтегратор; Г Ч (GF) – генератор частоти; ПДВ (BRF) – імпульсний датчик швидкості.

Аналогова частина СУ ЕП виконана у вигляді двоконтурної системи підпорядкованого регулювання з КТ ї КС з аналоговими П-РС і ПІ-РТ і аналоговими датчиками струму ДТ і швидкості ДС. РС прийнятий комбінованим, як ПІ-регулятор з пропорційною аналогової частиною і інтегральної цифровий. Цифрова частина забезпечується цифровим інтегратором ЦІ з імпульсним датчиком швидкості ІДС.

Завдання швидкості подається на обидві частини РС – аналогову і цифрову. Воно забезпечується УВВ і ЦЗІ у вигляді чисел 7V3C і N'3C. Число JV3C за допомогою ЦАП перетвориться в аналоговий сигнал завдання швидкості і3) С, який подається на РС. Одночасно число N3C через ДЧ визначає частоту проходження імпульсів завдання швидкості / 3, які виходять з імпульсів еталонної частоти / пов, що задаються високостабільним кварцовим генератором Г Ч. Цифровий інтегратор виконаний на основі реверсивного лічильника, на суммирующий вхід якого надходять імпульси сигналу завдання швидкості з частотою / 3, а на віднімає – імпульси ОС з ІДС з частотою / с. Заповнення лічильника відбувається під впливом різниці цих частот А / = ± (/ 3 – / с). Число, записане в лічильнику і визначальне неузгодженість швидкості, інтегрується цифровим інтегратором і потім за допомогою ЦАП, розташованого в ЦІ, перетвориться в аналоговий інтегральний сигнал неузгодженості швидкості

Аз

Іц, і> рівний мц і = q J А / dt, де q – дискрета

Про

Квантування вихідного сигналу цифрового інтегратора.

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

К, з (р>

Af

1

Рис

*

Чі Р

ЕП постійного струму:

Л

В)

«- Функціональна схема, б – еквівалентна спрощена структурна схема

Цей сигнал подається на РС, де, складаючись з U3C, забезпечує підвищення або зниження швидкості двигуна. Далі система працює як аналогова.

Пристрої регулювання цифро-аналогових систем приймаються з уніфікованої серії регуляторів: УБСР-ДІ – цифрові і УБСР-АІ – аналогові [51.2, 51.9, 51.33], Мікродата [51.53].

Аналіз і синтез наведеної цифро – аналоговій СУ ЕП можна проводити за спрощеною еквівалентної структурній схемі (рис. 51.26,6) линеаризованной системи, в якій прийняті наступні позначення: до,., КТ, кч – коефіцієнти зворотних зв'язків за швидкістю, струму і частоті проходження імпульсів з ІДС; Тц і – постійна інтегрування ЦП; Wzc (p) – передавальна функція аналогової частини СУ ЕП, налаштованої на технічний оптимум, рівна

Uи, і) =

1 / {4Г, р [2Гмр (Г "р + 1) + 1] + 1} кс.

Лінеаризація системи, проведена при нехтуванні дискретизацією ЦІ, що можливо при високій швидкодії процесів цифрового інтегрування в порівнянні з процесами в аналоговій частині системи.

WC (P) -

Передавальна функція системи має наступний вигляд:

& _ IK.jp) Щ, з (р) Lip) L+(K4/ Tn> Mp) WStC{P)

1 / кч

Шк ") Гц. J р {47, р [27> {Tvp +1) + 1] +1} +1

WPC (P) =

При (кс / кч) Тн і = 87j, виходить передавальна функція дворазово інтегруючої системи, налаштованої на СО, в якій передавальна функція ПІ-РС з урахуванням аналогової частини цифрового інтегратора дорівнює

ГА ГрсР + 1 ГіЯкдкс ГРС

. де ГРС – постійна часу РС, рівна Трс = {кс / кч) / ТЦ1,, а Тц і – постійна часу линеаризованного ЦІ.

При ГРС = 4ГМ цифро-аналогова система подібна аналогової з ПІ-РС. Ця схожість вказує на те, що перехідні процеси в цифро-аналогової системі регулювання швидкості близькі до перехідних процесів у відповідній їй аналогової системі. Наявність же цифрової частини забезпечує більш високу точність стабілізації швидкості.

Є різноманітні способи побудови цифрових СУ ЕП [51.26, 51.27]. Існують СУ ЕП з цифровим КС і аналоговим КТ, а також з цифровими КС і КТ з прямим цифровим управлінням тиристорним перетворювачем ЕП від ЕОМ (див. § 51.10).

Системи управління електроприводів змінного струму

У ЕП змінного струму харчування АД і СД здійснюється від керованих перетворювачів напруги і частоти. В якості перетворювачів напруги використовуються

Рис. 51.27. Асинхронний ЕП з тиристорної

Станцією управління ТСУ-2: А – функціональна схема, б – механічні характеристики

Рис. 51.28. Асинхронний ЕП типу ЕКТ-20:

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

А – функціональна схема, б – механічні характеристики

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

ВП2Ш2) HT(UZA)

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

-н-

ФПП

ЦАП

(UQ)

(UZY)

ФЧС (UZS)

Вп 1 (111)

T3KCKF)

0 (F)

Ф

PC (AR)

Us, 1, ч

ФАТ

ФЗТ

РТ (АА)

CUAA)

Ш5А)

ФЧВ (UZR)

ДП (ОЦ)

CCAW)


Рис. 51.29. Функціональна схема асинхронного ЕП типу «Розмір 2М-5-2»

Рис. 51.30. Функціональна схема синхронного ЕП типу ЕПБ1

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Тиристорні перетворювачі (ТПН), регулюючі напругу за допомогою тиристорних комутуючих однофазних елементів (ТКЕ) з різними схемами включення тиристорів і діодів [51.28]. Найбільшого поширення набули ТКЕ з двома тиристорами, включеними за зустрічно-паралельною схемою. Такі ТКЕ здійснюють безконтактну комутацію ланцюгів обмоток статора і ротора АД і регулюють підводиться до них напругу. Управління ТКЕ проводиться від СІФУ, що забезпечує подачу імпульсів на необхідні тиристори. Електроприводи, виконані за системою ТПН – АД, випускаються комплектно (див. рис. 51.27).

В якості перетворювачів частоти (ПЧ) використовуються ПЧ з безпосереднім зв'язком (НПЧ) і з проміжною ланкою постійного струму. НПЧ являє собою реверсивний ТП постійного струму з нульовою схемою випрямлення і зі спеціальною СІФУ, що здійснює регулювання напруги зі змінною частотою. НПЧ забезпечує низьку частоту регулювання: порядку 10 – 12 Гц для трифазних схем випрямлення і 15 -20 Гц для шестифазний при частоті живильної мережі 50 Гц. Вони мають відносно низький коефіцієнт потужності. ПЧ з проміжною ланкою постійного струму (див. рис. 51.28) дозволяють регулювати частоту в широких діапазонах – від декількох тисяч герц до сотих часток герца незалежно від частоти живильної мережі [51.31 - 51.33]. Системи ТПЧ-АД випускаються комплектно (див. табл. 50.8 і рис. 51.28 і 51.29) і виготовляються індивідуально [51.33].

Системи управління синхронних ЕП виконуються замкнутими з швидкодіючими автоматичними регуляторами збудження АРВ типу ТЕ8 і КТУ [51.2] з харчуванням обмотки статора від мережі. Вони забезпечують сталість швидкості і стабілізацію параметрів живильної мережі системи електропостачання. При необхідності регулювання швидкості та моменту застосовуються системи з ПЧ, що здійснюють регулювання частоти і напруги живлення СД. Такі системи забезпечують двозонное регулювання швидкості – як вниз, так і вгору від синхронної швидкості. При необхідності 'високою швидкодією використовуються замкнуті системи з управлінням ПЧ у функції положення ротора або результуючого вектора потокозчеплення з векторним управлінням [51.34]. Синхронні ЕП випускаються комплектно [51.34, 51.35, 51.59] (див. табл. 50.4 і рис. 51.30) і виготовляються індивідуально [51.32, 51.36].

Асинхронний електропривод з тиристорами станцією управління ТСУ-2

Станції типу ТСУ-2 є станціями другого покоління, покликаними замінити раніше випущені станції типу ПТУ і ТСУР [51.28]. Системи управління станцій виконані на мікросхемах. Станції призначені для керування асинхронними ЕП металургійного виробництва та інших галузей промисловості і сільського господарства. Наприклад станція ТСУ-2КЛ забезпечує регулювання швидкості асинхронного ЕП вентиляторів в установках мікроклімату сільськогосподарських виробничих приміщень.

Станції ТСУ-2 випускаються в нереверсивного і реверсивному виконаннях. Вони мають вісім модифікацій по виконуваних функцій із забезпеченням прямого або керованого пуску двигуна, регулювання швидкості, динамічного і механічного гальмувань; шість модифікацій по номінальному струму станції на струми 4, 10, 25, 63, 100, 250 А і чотири модифікації по виду електричного захисту .

Електрична функціональна схема станції ТСУ-2 наведена на рис. 51.27, я: М – АТ; YB – електромеханічний гальмо; BR – тахогенераторпостоянного струму; модулі: МС (AM) – силовий, МУ (/ IS) – управління, MP (ЛЯ) – режиму, МОЗ (AF) – захисту і МП

(AC) – харчування.

У МС розташовані силові блоки та трансформатори струму для захисту і контролю станції. Силові блоки на струми 4 і 10 А виконані на тиристорних оптопарах, а на струми 25 – 250 А – на таблеткових тиристорах типу Т9. Тиристори включені зустрічно-паралельно але три або п'ять пар в залежності від виконання станції. Блоки на струми 4 і 10 А забезпечені автоматичними вимикачами.

МУ включає в себе модулі логіки МЛ

(AD) і модулі СІФУ [МСІФУ (AAV)]. МЛ забезпечує управління силовими тиристорами відповідно до команд управління МСІФУ та МОЗ. Залежно від модіфікапіі станції МЛ різні. Вони управляють подачею і зняттям напруги з АТ при пуску і зупинці, переведенням його в режим динамічного гальмування з управлінням в функції часу, накладенням механічного гальма, реверсированием з проміжним динамічним гальмуванням. Управління МЛ може здійснюватися аналоговими і імпульсними сигналами. МСІФУ можуть містити СІФУ двох видів: одноканальну синхронну, призначену для станцій, що забезпечують плавний пуск, регулювання швидкості і регульоване динамічне гальмування ЕП з невисокою швидкодією, і синхронну аналого-цифрову СІФУ – для станцій, що забезпечують регулювання швидкості і динамічне гальмування ЕП з високою швидкодією.

MP забезпечує управління ЕП в сталих і динамічних режимах, а також включає і відключає YB. До складу MP входять блок живлення YB і три плати: реле, плавного пуску і регулятора ОС. Харчування на електромагніт YB подається контактами реле по сигналу МЛ. Пристрій плати плавного пуску формує закон управління в часі для розгону М до номінальної швидкості з різною інтенсивністю. Пристрій плати регулятора зв'язку забезпечує, стабілізацію швидкості при зміні навантаження зі статизмом, що не перевищує 10% у всьому діапазоні регулювання швидкості, рівному 1:10.

МОЗ забезпечує нульовий захист АД від роботи на зниженій напрузі і в двофазному режимі, максимально-струмовий захист станції і АТ від струмів КЗ і час-струмовий захист від перевантаження АТ. При зниженні напруги нижче 0,751 / ВМО або обриві фази в оперативну пам'ять МОЗ надходять сигнали з МП, за якими МЛ відключає силові тиристори, знімаючи напругу живлення з обмотки статора АД включає тиристори, що утворюють випрямляч, і переводить АТ в режим динамічного гальмування з наступною зупинкою.

Сигнали для струмових захистів надходять з датчика струму (ЦТ), виконаного з трьома трансформаторами струму, включеними в кожну фазу живлячої напруги М, і схемою випрямлення, конструктивно розміщеними в силових блоках. Якщо сигнал з ДТ перевищить уставку максимально-струмового захисту, то спрацьовує пороговий елемент цього захисту, сигнал з якого надходить в довгострокову пам'ять МОЗ і через МЛ відключає силові тиристори. Якщо сигнал з ДТ перевищить уставку час-струмового захисту, то спрацьовує пороговий елемент цього захисту. При цьому наявний в пристрої захисту лічильник починає підсумовувати імпульси, що надходять з виходу формування час-струмової характеристики, відповідної теплової характеристиці М. При заповненні лічильника сигнал з його виходу надходить в довгострокову пам'ять і через МЛ відключає силові тиристори.

Силові тиристори захищають також від перенапруг ланцюгами RC, конденсаторами і варнсторамі. МП забезпечує напруга живлення для всіх інших модулів станції. Механічні характеристики ЕП при l / 3> ci – t/3jC3 наведено на рис. 51.27,6.

Конструктивно станції ТСУ-2 виконуються у вигляді підвісного або вбудованого блоку з одно-або двостороннім обслуговуванням, в якому встановлюються різні залежно від модифікації станції модулі. На лицьовій панелі станції розташовані органи управління, настройки та індикації.

Асинхронний електропривод з перетворювачем частоти типу ЕКТ-20 (табл. 50.8)

Електропривод (рис. 51.28, а) містить: М – АТ; ТПЧ (VZ) – тиристорний перетворювач частоти, в силову схему якого входять: П (U) – трифазний мостовий регульований випрямляч (перетворювач напруги) з ланкою постійного струму; АІН (UZV ) – автономний інвертор напруги, Ф (F) – фільтр; БПК (AGC) – блок підзаряду конденсаторів: БТО (AUF) – вузол силового струмообмеження; ДТ (UA) – датчик струму.

Схема управління ТПЧ містить: БУВ (AUU), буї (AUZ) – блоки систем управління випрямлячем і інвертором; БО (/ IS) – блок управління, який здійснює роздільне регулювання амплітуди і частоти вихідної напруги і забезпечує необхідне співвідношення між ними; БЗ (AF) – блок захисту, що вимикає і автоматичне повторне включення (АПВ) при зриві інвертора, відключення при зникненні фази живильної напруги, АПВ при короткочасному зникненні напруги мережі живлення, максимально-струмовий захист, відключення ЕГТ при перевантаженнях.

Замкнута система ЕП побудована за принципом порівняння задає сигналу, пропорційного частоті, з сигналом ОС щ по внутрішній ЕРС двигуна.

Принципова силова схема ТПЧ наведена на рис. 51.28,6. ТПЧ підключається до мережі автоматичним вимикачем QF1 через струмообмежуючі реактори L1. П виконаний на тиристорах VS1 – VS6. Реактор L2 і конденсатор С1 виконують роль фільтра в ланці постійного струму. Крім того, конденсатор С1 є конденсатором реактивної потужності навантаження, що підвищує загальний коефіцієнт потужності ЕП.

У ТПЧ використовується автономний інвертор напруги з пофазної комутацією, комутуючі пристрій якого служить для поперемінного замикання тиристорів двох вентильних плечей, що відносяться до однієї фазі інвертора. Схема автономного інвертора містить: міст основних тиристорів (VS7 – VS12); міст комутуючих тиристорів (FS/5- VS20); розділові діоди VD14, VD15, розв'язують джерело основного живлення Ud з допоміжним джерелом Un; міст зворотних діодів (VD2-VD7) з резисторами R1-R6; комутуючі реактори L5, L6; комутуючі конденсатори С2-С4; тиристори підзаряду VS13, VS14.

При включенні основних тиристорів FS8,

VS10 і VS11 коммутирующий конденсатор С2 заряджений до напруги джерела живлення Ud з вказаною на схемі полярністю. Струм навантаження протікає до тиристорам VS8, VS10, фазах двигуна і тиристору VS11. Імпульси управління подаються одночасно на один робочий і один коммутирующий тиристор. Наприклад, для того щоб замкнути робочий тиристор VS8, імпульси управління подаються на коммутирующий тиристор VS15 і одночасно на робочий тиристор VS7. Комутуючий конденсатор С2, розряджаючись, гасить струм в тиристорі VS8 і далі перезаряджається по ланцюгу С2 – резистор R1 – зворотний діод VD2 – розділовий діод VD15 – індуктивність L6 – коммутирующий тиристор VS15 – С2. Після закінчення перезаряду конденсатора С2 включається робочий тиристор VS7. Струм фази замикається через зворотний діод VD2, зменшуючись до нуля, і при зміні знака переходить в тиристор VS7.

У схемі при зниженні Ud і збільшенні струму стійкість комутації падає. Незалежність напруги на комутуючих конденсаторі від напруги живлення можна забезпечити, застосовуючи підзаряд конденсатора від сторонніх джерел (1 / ") через тиристори підзаряду (VS13, VS14) після закінчення комутації струму в основних тиристорах.

Тому для забезпечення постійної комутаційної здатності інвертора при регулюванні амплітуди і частоти вихідної напруги в перетворювачі застосовується джерело підзаряду комутуючих конденсаторів, що складається з некерованого (або напівкерованих) випрямляча, виконаного за трифазною мостовою схемою (діоди VD8-VD13). Напруга на його виході фільтрується Т-подібним фільтром L4 і С5. Джерело підзаряду включається в мережу змінної напруги через трансформатор ТС і автомат QF2.

При включенні тиристора VS7 одночасно з ним подається імпульс на включення тиристора підзаряду VS13 і на повторно коммутирующий тиристор VS15. Підзаряд відбувається по ланцюгу + U "- L6 – VS15 – С 2 – VS7 – VS13 – L5 – (- U"). Для обмеження струму при розряді енергії ємності фільтра в схемі використовується сіловор струмо, здійснюване згладжуючим реактором L2, зашунтувати зустрічно-включеним діодом VD1, і залежно від типу перетворювача – розрядним пристроєм (на схемі не показано).

У схемі ЕП здійснюється максимально – струмовий захист (QF1, QF2, FU1, FU2). Захист тиристорів робітників, комутуючих, підзаряду і розділових діодів від перенапруг здійснюється ланцюгами RC. Сигналізація забезпечується лампою HL.

ТПЧ типу ЕКТ призначені для частотного регулювання швидкості АД з короткозамкненим ротором в реверсивному і нереверсивного ЕП загальнопромислових механізмів. Система управління забезпечує регулювання амплітуди і частоти вихідної напруги у відповідності з наступними законами регулювання: I / / / = const – для багатодвигунного ЕП і £ / / = const для індивідуального ЕП з можливістю забезпечення двухзонного регулювання з точністю регулювання напруги до 2% в номінальному режимі . У ЕП типу ЕКТ використовуються АТ типів ВАО, 4А, А02, А2 та ін

Комплектний асинхронний електропривод типу «Розмір 2М-5-2»

Асинхронний ЕП «Розмір 2М-5-2» призначений для роботи в системах автоматичного регулювання швидкості електродвигунів в ЕП подач металорізальних верстатів і промислових роботах з системами ЧПУ [51.34].

Електропривод має систему управління ТПЧ-АД з частотно-струмовим векторним керуванням. Він забезпечує глибоке регулювання швидкості (D = 10000). До складу ЕП (рис. 51.29) входять: М – АД з коротко – замкнутим ротором з вбудованими датчиками кутового положення ротора ДП (BQ) і температури ТД (UT); ІТ (UZA) – транзисторний інвертор струму; Bn2 (U2) – зворотний міст; ТЗК (KF) – транзисторний захисний ключ; 0 (F) – фільтр ланки постійного струму; Bnl (Ш) – некерований випрямляч; Т – живильний трансформатор; РС (ЛК), РТ (АА) – регулятори швидкості і струму; ДТ (UA) – датчик фазних струмів АД; ФЗТ (USA), ФАТ (U А А) – формувачі завдання і амплітуди і фази фазних струмів АД; ФЧС (UZS), ФЧВ (UZR) – формувачі частот ковзання і обертання; С (AW ) – суматор і формувач імпульсів управління; ФПП (UQ) – формувач сигналу положення; ЦАП (UZ У) – цифро-аналоговий перетворювач.

Система управління ЕП двоконтурна з ПІ РС і трифазним релейним РТ. Швидкість двигуна визначається задає напругою [/ зе. Стабілізацію швидкості здійснює зворотний зв'язок по швидкості, сигнал якої знімається з ДП через ФЧВ.

Вихідний сигнал РС, будучи сигналом завдання струму [/ зтч, визначає струм і частоту струму двигуна. Він проходить по двох каналах. У першому каналі за допомогою ФАТ виробляється сигнал, що визначає амплітуду і фазу струму статора АД. На перший канал подається також сигнал [/ зтч, що обумовлює струм намагнічування і відповідно магнітний потік двигуна. У другому каналі сигнал (73jTi4 за допомогою ФЧС перетворюється в сигнал завдання частоти струму (частоти ковзання / с), який, складаючись з сигналом ОС по швидкості у вигляді частоти обертання / вр, одержуваної з Ф ЧВ, створює сигнал U4 (/ у), визначальний частоту струму статора. Обидва канали формують задану синусоїдальну криву струму статора заданої амплітуди і частоти. На вхід РТ також надходять сигнали ОС по струму статора від ДТ. У нуль - органі РТ порівнюються миттєві значення заданого і фактичного струмів статора. ОС за кутовим положенням ротора здійснюється за допомогою ДП, виконаного у вигляді «фазовращателя». Зміна фази його вихідного сигналу перетворюється в-ФПП в імпульсні сигнали, пропорційні кутовому переміщенню ротора.

ІТ являє собою трифазну мостову схему з живленням від ланки постійного струму, що працює на частоті комутації / = 3 кГц. Кожна фаза моста містить по два силових переривника, які по черзі підключають висновок обмотки АД до позитивного або до негативного полюса ланки постійного струму. Перемикання відбувається з вказаною частотою, управління послідовністю перемикань здійснюється РТ. Ключі трифазного мостового інвертора або переривники складаються з декількох паралельно включених транзисторів, керуючого транзистора, з'єднаного з основними за схемою складеного транзистора, і вентиля зворотного мосту.

Електропривод забезпечує роботу з номінальними моментами двигунів від 7 до 47 Н-м у всіх квадрантах механічних характеристик. У ЕП мається швидкодіючий захист силових транзисторів ІТ від перевантаження (більше 60 А) за допомогою ТЗК. Крім того, передбачений захист від перегріву, від неприпустимого перевищення або зниження напруги джерел живлення. При зникненні напруги мережі забезпечується аварійне гальмування двигуна.

Комплектний тиристорний електропривод

Змінного струму серій ЕПБ1 і ЕПБ2

Електроприводи ЕПБ (див. табл. 50.4) призначені для одно-, двох - і трьох - координатних механізмів подач металорізальних верстатів, промислових роботів та інших механізмів, що вимагають широкого діапазону регулювання швидкості [51.35, 51.58]. Електропривод побудований за системою ТПЧ-СД з частот – но-струмовим керуванням. Він забезпечує високу швидкодію і малі рівні шуму і електромагнітних втрат у двигуні. До складу ЕПБ1 (рис. 51.30) входять: М – безколекторний СД з порушенням від постійних магнітів в роторі з прибудованими тахогенератором BR і датчиком кутового положення ротора ДП (BQ) (до складу двигуна додатково можуть входити вбудований гальмо, терморезистори і прибудований оптрон – ний датчик шляху); БР (AS) – блок регулювання; БП (АС) – блок живлення (харчування ЕП може здійснюватися через силовий трансформатор і без трансформатора); QF – автоматичний вимикач; R1-R3 – токоограні – печує резистори; КМ – контактор ( магнітний пускач).

У БР входять: трифазний тиристорний автономний інвертор струму з тиристорами VS1 – VS6; зворотний трифазний діодний міст VD1 – VD6, що переводить енергію двигуна в згладжує фільтр БП; силові транзисторні ключі ТК1 (Kl), ТК2 (К2) з їх блоками управління буя (ASK1 ) і БУК2 (ASK2); датчик струму ДТ (UA) з магнітним підсумовуванням струмів інвертора і зворотного моста; LI, L2 – реактори, що забезпечують безпечний режим роботи транзисторних ключів.

БП забезпечує роботу від одного до трьох БР. До його складу входять: трифазний силовий випрямляч; високовольтний згладжує фільтр; розрядник, що обмежує перенапруження в силовому ланцюзі при переході енергії з двигуна в згладжує фільтр, трансформатор живлення системи управління; трифазні випрямлячі з 12 однофазними випрямними мостами, що забезпечують напругу +24 В і стабілізована напруга +15 В для живлення кіл керування.

Інвертор струму здійснює живлення двигуна і забезпечує регулювання частоти напруги на двигуні і струм у фазах обмотки статора відповідно до необхідної швидкістю і моментом двигуна. Інвертор струму разом з датчиком положення ДП (BQ) виконує роль колектора (як у двигуні постійного струму).

Система управління ЕП – двоконтурна з ПІ-PC і безинерціонним релейним РТ. Для узгодження реверсивного сигналу завдання струму мз х з нереверсійним сигналом датчика струму щ використовується перемикач характеристик ПХ-(S / 4), керований логічним пристроєм ЛУ.

РТ через оптронні гальванічні розв'язки, наявні в БУК, управляє силовими транзисторними ключами ТК1 і ТК2, що створюють режими роботи ЕП: режим 2 (Р2) – включені ключі ТК1 і ТК2, струм тече від джерела постійної напруги (силовий випрямляч в БП) через UA, LI, L2, ТК1, ТК2, тиристори VS1 – VS6 і дві фази двигуна; режим 1 (Р1) – включений один з ключів ТК1 або ТК2, струм фаз двигуна замикається через тиристор, відкритий ключ, реактор (L1 або L2), один з діодів зворотного моста і ДТ; режим О (РО) – вимкнені обидва ключі ТК1 і ТК 2, струм з двигуна тече через діоди зворотного моста і ДТ в джерело постійної напруги.

Тривалість режимів роботи вибирається нуль-органами режимів Р1 і РО, наявними в РТ, і забезпечується витримками часу, визначальними мінімальні тривалості режимів РВ, PI, Р2 і максимальну тривалість режиму Р1. Струм двигуна формується, як в ЕШІМ-1 (див. рис. 51.24, б).

Вступні пристрої У В служать для управління тиристорами інвертора, що здійснюють комутацію струму у фазах двигуна, яка забезпечується розподільником імпульсів РІ у функції сигналів датчика положення ротора ДП. ДП виробляє трифазна напруга U "y4, UnB, U" c, що є опорною напругою в пристрої фазосмещенія УФС, де з ним складається напруга Uc.

Пристрій фазосмещенія УФС встановлює оптимальний кут регулювання тиристорів у функції швидкості двигуна і зрушує вихідні сигнали для рухового режиму роботи ЕП у функції швидкості у бік випередження на кут Р від Про до я / 3, починаючи з швидкості більше 0,5 romojc. Для гальмівного режиму роботи вхідні сигнали передаються без зсуву. Крім того, в РІ передбачена можливість установки фіксованого початкового кута (5 = я / 6 для рухового режиму і Рнач = – я / 6 для гальмівного.

У ЕП передбачені наступні електричні захисту: нульова від зниження напруг управління +24 і 115 В, максимально – струмовий; захисту від перегріву БР і двигуна; від припинення вентиляції та обриву збудження тахогенератора. Мається блокування від повзучої швидкості двигуна. Захисту розміщені в блоці захистів БЗ.

51.7. СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ позиційні І що стежать

Системи управління позиційного електроприводу

Автоматичні системи регулювання положення забезпечують точне позиціонування виконавчого органу робочої машини (ІОРМ) в заданих точках шляху по дискретним сигналам датчиків положення (кінцевих вимикачів) або при безперервному автоматичному регулюванні положення по відхиленню від заданого значення. Автоматичне регулювання положення по відхиленню від заданого значення забезпечується за допомогою систем безперервного (аналогового) і дискретного (цифрового) управління з підлеглим регулюванням координат ЕП.

Аналогова система регулювання положення

На рис. 51.31, а наведена функціональна схема безперервної системи управління становищем ЕП: М (LM) – ДПТ незалежного збудження; П (U) – тиристорний перетворювач напруги, що підключається до мережі змінного струму безпосередньо або через силовий трансформатор (див. § 51.6); РТ (АА ), PC (AR), РП (AQ), ДТ (UА), ДС (BR), ДП (BQ) – регулятори і датчики струму швидкості та положення; ФЧВ (UFY) – фазочувствительного випрямляч; НД, BE – сельсини датчик ( задатчик) і приймач. На вході СУ ПЕП підсумовуються сигнал завдання положення 03 і сигнал ОС 0П, пропорційний дійсному стану механізму. Цей сигнал забезпечується ДП, в якості якого використовуються лінійні, наприклад індуктивні, датчики при лінійному переміщенні або кутові (сельсін або обертові трансформатори) при кутовому переміщенні. На вхід РП надходить сигнал неузгодженості по положенню, рівний ДМП = & ФчвІдв> і виробляється сигнал завдання швидкості Дос.

РП враховує не тільки неузгодженість між заданим і дійсним положеннями, а й знак цього неузгодженості. Тому при використанні датчиків кутових переміщень (сельсинов або обертових трансформаторів) у схемі застосовуються також ФЧВ і додаткові підсилювачі.

СУ ПЕП забезпечує регулювання струму, швидкості та положення. КТ і КС налаштовуються так само, як у системі регулювання швидкості (див. рис. 51.6). При налаштуванні контуру положення в позиційному ЕП, що забезпечує різні переміщення, розглядаються три види пересування: мале (М), середнє (С) і велика (Б). При малому переміщенні (рис. 51.31,6), коли швидкість двигуна зі не досягає робочої номінальної швидкості (зі <сйр ном) і струм не досягає значення струму обмеження / огр, система лінійна. У цьому випадку контур положення налаштовується на ТО і приймається П РП з передавальної функцією, визначальною його коефіцієнт підсилення:

Wpn (p) = kpn = fcc / (8TA, n),

Де кс, коп = 1/кр – коефіцієнти ОС по швидкості і положенню; Tv – мала некомпен – сіруемая постійна часу, прийнята при налаштуванні КТ і КС; кр – передавальне відношення редуктора Рі (RC) (k0 "= 1 при відсутності редуктора) .

Такий РП забезпечує оптимальний перехідний процес (див. рис. 51.5 при п = 3) з с = 6,2% і tp = 13,6 ТМ. Точність позиціонування визначається статичною похибкою, що дорівнює при зі = 0 і налаштуванні на ТО

Десг = 32Tl (Rkl / TJ мс = 32TlMJJ,

Де J – момент інерції ЕП.

При великих значеннях Мс похибка Д6СТ виявляється великий і по якоря нерухомого двигуна може протікати великий струм.

Тому РП налаштовується на середнє переміщення, коли зі = шр ном і i = / огр (рис. 51.31, в). У цьому випадку

Де ет, Ш1Х = (Mmax + Mc) / J – максимальне уповільнення при гальмуванні двигуна; Мтах == Лір Ал. – Максимальний момент двигуна.

Однак при такому налаштуванні точне позиціонування забезпечується тільки при середньому розрахунковому переміщенні (С), а при малому (М) і великому (Б) воно забезпечується відповідно з дотягивание і перерегулюванням. Це видно на фазових траєкторіях напруги ОС по швидкості ис в функції переміщення Д6, накладених на характеристику РП (див. рис. 51.31, д).

Для того щоб при будь-яких переміщеннях забезпечувалося точне позиціонування (рис. 51.31, е), застосовують параболічний РП з коефіцієнтом посилення, обернено пропорційним швидкості руху при гальмуванні:

____________ £ т Max кс & гтах

РП ————————————————- ———-,

Kn J / 2 & rm (JXAG fcon

Де шт = | / 2етгапхД6 – початкова швидкість двигуна при гальмуванні, і початковим лінійним ділянкою с / СРГ | = кс / (ВТркоп).

Цифро-аналогова система регулювання положення

При високих точностях позиціонування для регулювання положення використовується цифро-аналогова система управління, функціональна схема якої наведена на рис. 51.32. Схема містить аналогову частину системи з такими ж елементами, як і при регулюванні швидкості (див. рис. 51.26), але з додаванням аналогової частини регулятора положення РП (AQ) і цифровий, до якої входять: УВЗ (SQZ) – пристрій введення завдання положення ; СУ (AW) – арифметичне пристрій, що підсумовує; ЦАП (UZY) – цифро – аналоговий перетворювач коду в напругу; ДПЦ (BQZ) – многоразрядний цифровий датчик положення; ПК (UZZ) – перетворювач коду числа положення механізму в паралельний двійковий код.

У цифровій частині системи здійснюється завдання необхідного положення, контроль його дійсного значення і виділення сигналу неузгодженості по положенню. Все це проводиться цифровим способом. Завдання положення механізму, забезпечується УВЗ у вигляді числа. N3 n в паралельному двійковому коді, подається на один із входів суматора СУ, на другий вхід якого надходить число Nn (також в паралельному двійковому коді), відповідне дійсному положенню механізму, отримане від цифрового датчика положення ДПЦ і перетворене у ПК в двійковий код. Код неузгодженості ДЛ'П, обчислений сумматором СУ, перетвориться в ЦАП в напругу неузгодженості Діп, яке подається на аналогову частину регулятора положення РП.

Цифро-аналогова система регулювання положення, так само як система регулювання швидкості, забезпечує гарні динамічні показники ЕП, що обумовлюються її аналогової частиною, і високу точність регулювання (до 0,001%) за рахунок її цифрової частини.

Цифрова частина системи може виконуватись з використанням ЕОМ (див. § 51.10).

Системи управління слідкуючого електроприводу

Система управління слідкуючого ЕП (СУ СЕП) – замкнута динамічна система, що відпрацьовує довільно змінюється

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 51.31. Аналогова система управління позиційного ЕП: А – функціональна схема, б-р – зміна швидкості і струму при малому (б), середньому (в) і великому (г) переміщеннях; д, е - зміна швидкості при лінійній (с)) і параболічної (е) характеристиках регулятора положення

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 51.32. Функціональна схема цифро-аналогової системи управління позиційного ЕП

Вхідний сигнал і забезпечує рух ІОРМ згідно цим сигналом.

СУ СЕП виробничих механізмів підрозділяються по роду струму на системи постійного і змінного струму, за структурою-на системи з підсумовуючим підсилювачем і підпорядкованим регулюванням координат, за принципом дії – на аналогові, цифрові і комбіновані.

Структура СУ СЕП та ж, що і система управління позиційного ЕП при довільно змінному вхідному сигналі завдання. Узагальнена функціональна схема СУ СЕП показана на рис. 51.33, де позначено: ЗП (SQ) – задатчик переміщення, що забезпечує необхідний алгоритм управління рухом ІОРМ і містить ЕП з перетворювачем П2 (U2), двигуном М2 і системою управління СУ ЕП2; CI (AW1) – вимірювач неузгодженості переміщення; ІОРМ – суматор, містить задатчики (НД) і приймачі (BE) грубого (ВС1, ВЕ1) і точного (ВС2, Ве2) відліків кутових (або лінійних) переміщень, включені через вимірювальні редуктори Pul (RC1) – Рі4 (RC4); Сл (S) – селектор грубого і точного відліків; С 2 (AW2) – С5 (AWS) – суматори; ФЧВ (VFY) – фазо – чутливий випрямляч; КУ1 (AD1) – КУЗ (ЛОЗ), BR1 – BR2 – послідовні і паралельні коригувальні пристрої, що містять диференціатор і тахогенерато-. ри; РЕП – регульований ЕП зі своєю системою управління СУ ЕП1, перетворювачем П1 (U1), двигуном Ml і передавальним пристроєм Рс (RM).

На вхід СУ СЕП подається задаюче вплив у вигляді кутового 63 або лінійного S3 переміщення, що забезпечує за допомогою ЕП необхідний алгоритм управління переміщенням ІОРМ. На РЕП завжди діють зовнішні (зміна навантаження) і внутрішні (перешкоди, зміна параметрів та ін) впливи, що викликають відхилення регульованої координати від заданого алгоритму керування. СУ СЕП замкнута головною ОС по переміщенню ІОРМ. Внутрішні коригувальні сигнали і зв'язку за першим і другим похідним від 63 і 6ВИХ підсумовуються на вході і виході ФЧВ в залежності від використання тахогенераторів змінного або постійного струму. Після ФЧВ може бути включено послідовне коригуючий пристрій КУ1 у вигляді дифференциатора, що забезпечує додатково до сигналу неузгодженості її першу похідну. Диференціатор може бути поєднаний з ФЧВ. Використовується також зв'язок по струму двигуна як зв'язок щодо прискорення.

Вимірювачі неузгодженості виконуються аналоговими на потенціометра, сельсіни і синусно-косинусних обертових трансформаторах (СКВТ) з точністю відпрацювання неузгодженості у потенціометрів (0,2 – 0,6)%, у сельсинов (0,25-1) ° і в обертових трансформаторів – одиниць кутових хвилин, різні цифрові вимірювачі неузгодженості (імпульсні датчики положення) виконуються з точністю відпрацювання до 0,001%.

Пристроями, що забезпечують перетворення сигналу неузгодженості по положенню ІОРМ Д6 в напругу управління ЕП Ну = і Д6, звичайно є самі вимірювальні пристрої. При використанні сельсинов і СКВТ в ПУ входять ФЧВ, що перетворюють сигнали змінного струму певної фази в сигнали постійного струму відповідної їй полярності.

В якості РЕП використовуються швидкодіючі транзисторні та тиристорні ЕП постійного струму типу ЕШІМ і ЕПП з

CKAW1)

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

З *

C2CAW2)

3/7 (56)

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 51.33. Узагальнена функціональна схема системи управління слідкуючого ЕП

КУ2 Ш)

Високомоментного двигунами серій ПБЗ і ДПМ і змінного струму типу «Розмір» з двигунами серії 4А.

Харчування елементів СУ СЕП здійснюється від індивідуальних джерел постійного струму і від промислових мереж з частотою 50 Гц. Малопотужні ЕП живляться від джерел з частотою 400 Гц. Вимірювальні і перетворюють пристрої та проміжні підсилювачі живляться переважно від джерел змінного струму з частотою 400 Гц. Це зменшує габаритні розміри і знижує інерційність цих пристроїв.

Для забезпечення необхідної швидкодії і точності відпрацювання неузгодженості в СУ СЕП використовуються паралельні і послідовні коригувальні пристрої, що забезпечують сигнали управління по першій і другій похідним від вихідного і вхідного сигналів і першу похідну неузгодженості.

Для підвищення точності відпрацювання неузгодженості використовуються двухотсчетние вимірювальні пристрої.

Стежать ЕП комплектно не випускаються, вони виготовляються індивідуально з використанням комплектних РЕП. Нижче наводяться приклади деяких стежать ЕП.

Аналогова система управління слідкуючого електроприводу з підсумовуючим підсилювачем

Функціональна схема СУ СЕП наведено на рис. 51.34, а, де М, LM – ДПТ незалежного збудження; ВТД (ТЗ), ВТП (ТІ) – обертові трансформатори (датчик і приймач); Г /, ТЗ – трансформатори живлять, Т2 – вхідний; ФЧВ (UFV) на VT1 – VT8 – фазочуттєві випрямляч; У (А) – підсилювач; П (I /) – ТП; Рс (RM); Рі (КС) – редуктори силовий і вимірювальний.

В якості вимірників неузгодженості використовуються СКВТ. Сигнал, завдання 03 надходить від задатчика ТЗ, а сигнал зворотного зв'язку 6вИХ – від приймача ТІ, вимірювач неузгодженості забезпечує сигнал управління мде, пропорційний неузгодженості. Цей сигнал подається на ключовий ФЧВ, де фаза сигналу змінного струму перетворюється на полярність постійного струму Підсилювач У може бути підсилювачем постійного струму, а може працювати за схемою модулятор – підсилювач змінного струму – демодулятор. Далі сигнал подається на тиристорний ЕП, який містить СУ ЕП, СІФК, пристрій токоограніченія (на малюнку не показані), перетворювач П і двигун постійного струму М, відробляє задане переміщення механізму через Рс; СКВТ (приймач ТІ) з'єднаний з ІОРМ через Рі. Його з'єднання може бути здійснено безпосередньо від валу двигуна. У СУ СЕП використовується паралельне коригуючий пристрій (КУ) Rl, R2, CI, С2 і може використовуватися послідовна корекція у вигляді ключового дифференциатора, що забезпечує сигнал неузгодженості та його похідну.

Синтез і аналіз такої СУ СЕП може проводитися по еквівалентній структурній схемі (рис. 51.34,6), в якій позначено: Д0 (р) = 03 (р) – 0вих (р) – зображення неузгодженості по положенню; (/ де, Uy, (iy-n – зображення сигналів неузгодженості, управління, управління перетворювача; £ n, ft – зображення ЕРС перетворювача і швидкості двигуна; А "" кфчв, ку, кЯ, до ", кл – коефіцієнти передачі та підсилення вимірювального елемента, ФЧВ, підсилювача , КУ, перетворювача і двигуна; Тк – постійна часу КУ; J – момент інерції ЕП; R – сумарний опір якірного ланцюга перетворювача і двигуна. Для упрошенную аналізу прийнято Т "= 0 і Тя = 0.

Диференціальне рівняння такої СУ СЕП при заведенні з постійною швидкістю завдання ш3 має вигляд

J + (F + Гдоп) – ^ – + до Д0 = Fw3 + Мс. dt dt

КУ змінює коефіцієнт загасання F на значення Fuori = ки-, кфЧВкКкукпТК ^ к2а), забезпечуючи необхідний перехідний процес Д 0 = / (t).

У сталому режимі з постійною швидкістю заводки ШЗ СУ СЕП відпрацьовує неузгодженість по положенню зі швидкісною Д0СК і статичної Д0СТ похибками

Д0 = Д0СК + Д0СТ = FtOj / fe + MJk,

Де к = кЯ екфЧВкукпкК / № до%) – коефіцієнт передачі СУ СЕП.

Швидкість відпрацювання завдання ш3 і відповідна їй швидкісна похибка визначають добротність СУ СЕП за швидкістю, що дорівнює

Кс * = <о3/Д0ск = K / F

І пропорційну коефіцієнту підсилення, який може бути збільшений за рахунок підвищення ку.

При лінійно наростаючої швидкості завдання а> з = emaxt з максимальним прискоренням оцінюється добротність СУ СЕП щодо прискорення

Kyi. – £ тод :/ Д0'сК '

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

ІОРМ

ВГД (ТЗ)

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

До


Рис. 51.34. Аналогова система управління слідкуючого ЕП: А – функціональна схема: б – еквівалентна структурна схсма

Аналогові СУ СЕП з підлеглим регулюванням координат

СУ СЕП з підлеглим регулюванням координат – трехконтурная система з КТ, КС і КП для управління позиційним ЕП (див. рис. 51.31), в якій 03 змінюється по необхідному алгоритмом. Таку СУ СЕП розглядають як лінійну, так як вона працює з малими неузгодженості, всі її елементи працюють на лінійних ділянках своїх характеристик і струм двигуна не досягає значень обмеження. При налаштуванні контурів такої СУ СЕП на технічний оптимум приймаються ПИ-РТ, П-РС і П-РП.

Аналіз такої СУ СЕП проводиться за еквівалентної структурній схемі (рис. 51.35), в якій КТ зображений спрощеної передавальної функцією W0, KT (p) = 1 / (27 ^ р + 1) Мд і Мс винесено на вхід КС.

Диференціальне рівняння такої СУ СЕП

А6 (р) = {03 (р) [4Тцр (2Т (1р + 1) + 1] +

+ Mc (p) 4T ^ (2TllP + l) Rkl / TMp} / kc.

У сталому режимі з рівномірною заведенням СУ СЕП відпрацьовує неузгодженість по положенню зі швидкісною і статичної похибками

А6 = Д0СК + А0СТ = 8Тмш3 + BT "Rk2aMc.

Тоді добротність СУ СЕП за швидкістю * СК = СО3/Д0С1 [= 1/8ТМ

І при = 0,01 с кск = 12,5, що занадто мало.

Отже, СУ СЕП з підлеглим регулюванням координат володіє обмеженими можливостями.

При налаштуванні контуру положення на СО і використанні ПІ-РП виходить СУ СЕП зі статизмом другого порядку і її добротність за швидкістю підвищується до значення (при 7Ц = 0,01 с) кск = 1 / (16,8 7 ^) = 78 з " 1. При використанні ПІД-РП добротність за швидкістю СУ СЕП підвищується ще в 2 рази до значення кск = 156 с-1.

Для підвищення добротності СУ СЕП з підлеглим регулюванням координат і її точностних показників застосовується комбіноване управління [51.16], при якому в канал регулювання СУ СЕП поряд із завданням переміщення 03 вводяться його перша 03 і друга Gj похідні (див. рис. 51.33) з передавальної функцією WK (p) = {TK / kPc) p1 + P – Введення тільки першої похідної 03 забезпечує роботу СУ СЕП з астатізмсм другого порядку за заданому впливу і дозволяє виключити швидкісну похибка і підвищити добротність за швидкістю. Введення першої 03 і другий 03 похідних забезпечує роботу СУ СЕП з астатизмом третього порядку за заданому впливу, при якому відсутні похибки по куту, швидкості і прискоренню.

Цифрові системи керування слідкуючого електроприводу

У цифрових СУ СЕП використовуються цифрові пристрої або ЕОМ. Такі системи забезпечують завдання, контроль відпрацювання переміщення і вироблення сигналу керування в цифровому коді з подальшим перетворенням його в безперервні сигнали управління ЕП.

СУ СЕП бувають як. цифро-аналогові, так і цифрові. Такі системи виконуються як системи регулювання положення (див. рис. 51.32 і § 51.10), в яких цифрові сигнали завдання JVe3 змінюються по необхідному алгоритмом управління, а стрибкоподібне їх зміну, що використовується в системах управління становищем, є окремим випадком роботи СУ СЕП.

Основні переваги цифрових СУ СЕП визначаються можливостями використовуваної цифрової техніки. Це висока точність, висока перешкодозахищеність, можливість реалізації складних алгоритмів керування за допомогою ЕОМ і проста можливість організації цифрової індикації роботи ЕП.

Цифро-аналогові СУ СЕП дозволяють забезпечити високу статичну точність регулювання переміщення – близько 0,01 – 0,001%, притаманну цифровим пристроям, і хороші динамічні показники, тобто високу швидкодію з гарною якістю перехідного процесу за рахунок аналогової частини. Статична точність цифрових систем визначається кроком квантування за часом, мінімальне значення якого обмежено точністю вимірювання параметра регулювання і точністю перетворення його значень в цифрову форму.

Застосування цифрових СУ СЕП швидко збільшується у зв'язку з розвитком ЕОМ і створенням мікро-ЕОМ і мікропроцесорів, що дозволяють реалізувати цифро-аналогові і цифрові системи з прямим управлінням ЕП (див. § 51.10).

51.8. СИСТЕМИ ПРОГРАМНОГО УПРАВЛІННЯ ЕЛЕКТРОПРИВОДАМИ

Визначення та класифікація систем програмного управління

Системами програмного керування (СПУ) є системи автоматичного управління рухом робочої машини або її окремого виконавчого органу відповідно до заданої керуючої програмою.

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 51.35. Еквівалентна розрахункова структурна схема системи управління слідкуючого ЕП з підлеглим регулюванням координат

В даний час СПУ виконуються з числовим завданням програми і називаються системами числового програмного керування (ЧПУ). ЧПУ використовується в верстатобудуванні і визначається за ГОСТ 20523-80, в якому керуючий пристрій в ЧПУ називається пристроєм ЧПУ (УЧПУ), а система, що визначається як сукупність функціонально-взаємозалежних і взаємодіючих технологічних та програмних засобів, що забезпечують ЧПУ,-системою ЧПУ (СЧПУ) .

Відповідно до міжнародної класифікації СЧПУ за рівнем технічних можливостей діляться на наступні класи:

NC (Numerical Control) – з покадровим зчитуванням програми при обробці кожної заготовки;

SNC (Stored Numerical Control) – з одноразовим зчитуванням програми перед обробкою партії однакових заготовок;

CNC (Computer Numerical Control) – з міні-ЕОМ (мікропроцесором);

DNC (Direct Numericol Control) – групами верстатів від однієї ЕОМ;

HNC (Handled Numerical Control) – оперативні з ручним набором програм на пульті управління.

Раніше були поширені СЧПУ класу NC, аналогові, імпульсні, кодові, виконані на апаратних засобах. Тепер випускаються СЧПУ нового покоління з вбудованими міні-ЕОМ класу CNC і оперативні СЧПУ класу HNC.

За призначенням СПУ поділяються на циклові, позиційні та контурні.

Циклові СПУ, або системи з цикловим програмним управлінням ЦПУ, здійснюють управління одним або декількома ІОРМ, що забезпечують необхідний технологічний цикл, тобто певну зазвичай повторювану послідовність дії окремих ІОРМ або групи машин. Послідовність дії визначається керуючою програмою, що задається зазвичай у вигляді простих дискретних команд на включення і відключення ЕП, що приводять у рух ІОРМ. Системи ЦПУ виконуються в основному розімкненими, а наявність датчиків положення, що фіксують положення виконавчих органів і дають команди на включення і відключення ЕП, розглядаються як квазіобратние зв'язку.

Керуючі програми в системах ЦПУ виконуються у вигляді жорсткої незмінної і змінною програм. Жорстка незмінна керуюча програма задається у вигляді певної схеми електроавтоматики, включення і відключення керуючих елементів якої виробляється за часом, шляхи або по технологічної готовності ІОРМ. У свій час широке 'поширення набули релейно-контакторні схеми та схеми безконтактні, виконані на логічних елементах «Логіка Т», замінених згодом елементами «Логіка І» [51.7]. Для завдання таких програм використовуються пристрої з матричної «Логікою М» (див. § 51.6).

Циклові СПУ з жорсткою змінною керуючою програмою виконуються з програмованими контролерами (див. § 51.6).

Найбільш характерний розподіл СПУ на позиційні та контурні СЧПУ металорізальними верстатами, де згідно ГОСТ 20523-80 позиційне ЧПУ визначається як числове програмне керування верстатом, при якому переміщення його робочих органів відбувається в задані точки, причому траєкторії переміщення не задаються. Позиційні СЧПУ використовуються не тільки для управління рухом у металорізальних верстатах, а й у будь-яких робочих машинах, виконавчий орган яких вимагає переміщення з позиціонуванням. У таких системах важлива точність установки заданого кінцевого положення виконавчого органу, а не траєкторія його переміщення.

Контурні СЧПУ визначаються як системи числового програмного керування верстатом (будь-якої робочої машини), при якому переміщення її виконавчих органів відбувається по заданій траєкторії і з заданою швидкістю для отримання необхідного контуру обробки (руху по контуру). Такі СЧПУ здійснюють управління переміщенням ІОРМ з безперервно змінюється інформацією управління, сигнали якої є функціями часу, швидкості, шляху або будь-якого іншого параметра. Характерною особливістю контурних СЧПУ є безперервна координація рухів виконавчого органу в кожен момент часу як по шляху, так і за швидкістю.

Позиційні та контурні СЧПУ спеціально не випускаються. Вони виконуються на СЧПУ класів CNC або HNC із завданням відповідної програми. Позиційні СЧПУ будуються на базі позиційних, а контурні – на базі стежать систем управління (див. § 51.7).

Поява Самопристосовна адаптивних систем розширило класифікацію ЧПУ по числу потоків інформації. З'явилося адаптивне ЧПУ (АЧПУ), яке визначається як числове програмне керування, при якому забезпечується автоматичне пристосування процесу обробки заготовки до мінливих умов обробки по – певним критеріям. Тому в СЧПУ з'явилися додаткові потоки інформації, крім основних, визначених програмою, що управляє і головним зворотним зв'язком.

Системи числового програмного управлінні

Пристрої ЧПУ є спеціалізованими обчислювальними машинами, що управляють, призначеними для виконання заданих алгоритмів. Вони виконуються з імпульсним числовим способом введення програм (інформації) для кожної з керованих координат.

Програма в СЧПУ задається в закодованою формі. Кодування виконується для зменшення числа переданих символів і довжини перфострічки, збільшення перешкодозахищеності передачі та зменшення трудомісткості при виготовленні програм. Кодова запис ведеться на перфокартах, магніт1 них чи перфорованих стрічках або, нарешті, видається керуючими обчислювальними машинами. Програма, задана на программоносителе, перетворюється на функцію часу за допомогою стрічкопротяжних або інших зчитувальних пристроїв.

ЧПУ виробляє декодування програмної інформації та її перетворення для управління вихідними пристроями, що забезпечують відпрацювання механічних переміщень, заданих програмою для всіх координат СПУ.

Крім уже зазначеного застосування керуючих машин в роботі ЧПУ велику роль відіграють різні обчислювальні пристрої (ВУ). Програми виготовляються часто з застосуванням ЕОМ або спеціальних аналогових машин. Крім того, ВУ виконують розрахунки поправок до програм (на радіус інструменту, на матеріал і т. д.) і на обчислення оптимальних режимів робочих органів. Тому ВУ є однією з основних частин СПУ взагалі і особливо СЧПУ.

Процес ЧПУ при обробці однієї деталі можна розділити на два етапи. Спочатку готується технологічна інформація. Її перетворять, кодують і заносять на перфострічку (1-й етап). Пристрій ЧПУ верстата перетворює сигнали програми в сигнали, що керують ЕП, і автоматично управляє процесом обробки деталей (2-й етап).

На рис. 51.36 показана структурна схема СЧПУ класу NC, де позначено: ПН – программоносітель; БВП – блок відтворення програми, що містить: ВУ – ввідний пристрій; ФСУ – фотосчітивающее пристрій; Біля В – пристрій введення, що забезпечує посилення і формування сигналів програми; БКП – блок контролю програми, що забезпечує контроль програми за модулем на парність; БЗП – блок запам'ятовування програми,

БВП БЗП БО БВ

Т, ———– ~ р-j гт1

ШгPjfe

1шН ————-

Містить: блоки буферної ББП і робочої БРП пам'яті; блоки управління БУ з інтерполятора І і блоком завдання швидкості БЗС; БВ – блоки виводу: БУП – блок управління ЕП і Буа – блок управління електроавтоматики верстата; ПРУ, ПУС – пульти ручного управління програмою та управління станком; УКП – пристрій контролю правильності відпрацювання програми, що містить цифрову індикацію; Про У – об'єкт управління.

Програма записується на паперовій стрічці шириною 25,4 мм, інформація на якій кодується двома сигналами 1 і 0 в буквено-цифровому коді ISO – 7 bit згідно з рекомендаціями, розробленими міжнародною організацією стандартів ISO (International Standards Organisation) [51.39]. Для буквеної інформації використовуються букви латинського алфавіту, що означають переміщення і різні допоміжні й технологічні команди. Числова інформація записується в двійковій-десятковому коді 8 – 4 – 2 – 1 у вигляді двох-, трьох – і чотирирозрядний двійкових чисел.

Зчитування інформації з стрічки проводиться ФСУ окремими кадрами. Прочитавши один кадр інформації, СЧПУ дешифрує її і закладає в – буферну пам'ять. У цей час іде відпрацювання інформації попереднього кадру з використанням робочої пам'яті. У міру того як робоча пам'ять звільняється, в неї перекладається інформація з буферної пам'яті. Ця операція забезпечує безперервність робочого процесу в керованому об'єкті. Інтерполятора перетворює інформацію, що надходить з БРП, в унітарний код, тобто безперервну послідовність імпульсів управління, які БУП подаються на ЕП, що забезпечує переміщення робочого органу верстата відповідно до кількості вступників імпульсів.

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 51.36. Структурна схема системи ЧПУ типу NC

В якості ЕП в СЧПУ використовуються стежать ЕП постійного струму (див. § 51.7), для управління якими в БУП використовуються ЦАП і крокові ЕП, для яких

БУП підсилює і розподіляє імпульси по обмотках ШД.

При використанні крокової ЕП використовуються прості розімкнуті імпульсно – крокові СЧПУ з кроковими двигунами (ШД), функціональна схема однієї координати якої наведена на рис. 51.37. Імпульси програми з інтерполятора УЧПУ в унітарній коді надходять по двох інформаційних каналах, визначальним напрямок руху ІОРМ «Вперед» (+) і «Назад» (-), в підсилювач-формувач УФ, де посилюються і формуються в імпульси необхідних, тривалості і форми з крутими фронтами. Далі імпульси управління поступають в розподільник імпульсів РІ, посилюються підсилювачами потужності УМ і розподіляються по обмотках ШД. В якості ШД в ЧПУ на металорізальних верстатах використовується двигун типу ШД5Д-1М з гідропідсилювачем [51.40]. В принципі в СЧПУ можуть використовуватися будь ШД.

РІ служить для перетворення імпульсів управління в багатоканальну систему напруг живлення ШД. Схем РІ існує багато. Вони побудовані на основі реверсивних лічильних кільцевих схем. Останнім часом у зв'язку з розвитком мікроелектроніки РІ виконуються на інтегральних мікросхемах, побудованих на основі зсувних регістрів і лічильників з дешифраторами. Підсилювачі потужності УМ виконуються на транзисторах [51.42].

СЧПУ класу CNC виконуються – із застосуванням мікро-ЕОМ і отримують найбільший розвиток. Структурна схема такої СЧПУ наведена на рис. 51.38, де позначено: ПН – программоносітель; БВП – блок відтворення програм; ПРУ, ПУС – пульти ручного управління і управління верстатом; ЕОМ – мікро-ЕОМ, що містить: МП – мікропроцесор, ПЗУ, ОЗУ – постійне і оперативне запам'ятовуючі пристрої, УВВ1 – УВВ4 – пристрої введення та виведення, Т – таймер; ЕА – електроавтоматика верстата; ЕП – електроприводи; ДОС – датчики зворотних зв'язків; ОУ – об'єкт управління (ІОРМ).

Керуюча програма вводиться з ПН або з ПРУ через БВП в ЕОМ через згода пристрій введення УВВ1 і подається в

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 51.37. Функціональна схема однієї координати імпульсно-крокової системи ЧПУ

ФФУШ5

Ууввц-

Еом

Рис. 51.38. Структурна схема СЧПУ типу CNC з мікро-ЕОМ

ПЗУ і ОЗУ У ПЗУ зберігаються постійні частини програми і необхідні константи, що використовуються для декодування числової інформації, інтерполяції і обчислень. В ОЗП вводяться керуючі програми, поточні значення параметрів, інформація для корекції траєкторій переміщень ІОРМ та ін Всі управління здійснює МП. Зв'язок мікро-ЕОМ з ІОРМ проводиться через УВВ2-УВВ4.

ЗА

ОУ

Зп

Дос

пус [-

I

!

БВП

Пн

Застосування мікро-ЕОМ зумовило докорінні зміни структури СЧПУ і поява оперативних систем (ГОСТ 23086-80) класу CNC безпосередньо у робочої машини (верстата). Структура таких СЧПУ відповідає структурі ЕОМ з обчислювальним процесорним пристроєм, блоками пам'яті і введення-виведення. При цьому переробка вихідної інформації керуючих програм ведеться у відповідності з програмами функціонування, за якими формуються команди на виконавчі ЕП і електроавтоматики верстата.

Таблиця 51.8

Тип СЧПУ

Міні-ЕОМ

Область застосування

2С85

«Електро

Токарні, карусельні,

Ніка 60 »

Зубофрезерні верстати

2С42

«Електро

Кругло-та внутрішліфо-

Ніка 60 »

Вальні, заточні

Верстати

2Р22

«Електро

Токарні верстати

Ніка 60 »

2Р32

«Електро

Свердлильно-фрезерно-

Ніка 60 »

Розточувальні верстати

2М32

«Електро

Круглошліфувальні

Ніка 60 »

Верстати

2М43 (22)

«Електро

Електроерозійні

Ніка 60 »

(Лазерні) верстати

НЦ-31

«Електронні

Токарні верстати, ковальство-

Ка НЦ-31 »

Нечно-пресове обору

Лідження

МС2101

«Електро

Токарні, свердлильно-

Ніка 60 »

Фрезерно-розточувальні

Верстати, многоопераці

Онние обробляю

Щие центри

ЗС140

Набір 1801

Те ж

СЧПУ типу ОСУ (CNC) дозволяє різко розширити функціональні можливості програмного управління і ввести нові функції, такі як зберігання програми, її редагування безпосередньо на робочому місці, широка система діагностики,, індикація на дисплеї, діалогові спілкування; із оператором, можливість зміни функцій верстата і його електроавтоматики програмним способом в процесі експлуатації.

Тому всі розробки СЧПУ грунтуються на застосуванні мікропроцесорів і мікро-ЕОМ. Дані по випускається СЧПУ наведено в табл. 51.8.

51.9. Система адаптивного управління ЕЛЕКТРОПРИВОДАМИ

Системи управління адаптивного ЕП (СУ АЕП) - це замкнуті динамічні системи управління, що враховують зміна характеристик ЕП або об'єкта управління в динамічних і сталих режимах роботи і автоматично обирають структуру і параметри за рахунок інформації, що отримується в процесі роботи об'єкта. СУ АЕП - це такі системи управління, в яких управляючі дії або алгоритми управління автоматично змінюються з метою здійснення кращого в якомусь сенсі управління об'єктом.

На рис. 51.39, а представлена найпростіша структурна схема СУ АЕП з мінливими характеристиками і неповною інформацією про об'єкт ОУ, що дозволяє описати принцип роботи такої системи управління. У схемі позначено: УУ - пристрій, що управляє; ОУ-об'єкт управління; УА - пристрій адаптації; х, у - вхідний і вихідний сигнали; та, v - сигнали управління; / - впливи (перешкоди).

Дана система має заданий критерій якості і повинна змусити об'єкт управління працювати так, щоб виконувався екстремум критерію якості.

В адаптивній системі основна роль належить влаштуванню адаптації УА, яке отримує сигнали входу х і виходу у, а також сигнал управління об'єктами. Ці сигнали можуть мати високу розмірність і служать для підрахунку значень критерію якості. УА виробляє сигнал і, який також може мати високу розмірність і управляє УУ таким чином, щоб при певних значеннях сигналу х, при зворотному зв'язку по у і при будь-якої складності збурень / отримувати в кожен момент часу в об'єкті відпрацювання з екстремальним значенням показника якості (продуктивності , собівартості та ін.)

СУ АЕП поділяються на самоналагоджувальні і самоорганізуються. У самоналагоджувальних системах пристрій адаптації на основі зібраної інформації про вхідних х, вихідних у і керуючих і сигналах подає команди в УУ на зміну уставок або параметрів регуляторів таким чином, щоб отримати задану цільову функцію управління. У самоорганізованих системах поряд з цим проводиться зміна структури системи, щоб краще здійснити мету управління.

В залежності від інформації про ЕП і об'єкт управління самоналагоджувальні системи бувають двох видів: безпошукове і пошукові. У безпошукове адаптивних системах створюється еталонна модель об'єкта, що забезпечує роботу системи з необхідним показником якості. У пошукових адаптивних системах інформація про об'єкт неповна і заздалегідь не відома, а повинна бути отримана в процесі роботи.

У безпошукове СУ АЕП досягнення необхідного показника якості здійснюється за допомогою еталонної моделі (ЕМ) об'єкта управління. Така модель створюється на основі

У

Углох 3 Уггшх2

У maxi Я В Уа

У '

{/ Min3

У mir2 У mini

УУ

ОУ

Fft! ■ ut!

ІНГ

V

УА

V *.

F,

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

J_L

Ш

UA uE uz і u, u3

A) S)

В)

Рис. 51.39. Система управління адаптивного ЕП: І - структурна схема, б, «- характеристики об'єкта управління

AW2

AW2

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

</ М

ЕМ

УУ

ОУ

> (£) »

AW

-^ ЧЕН р НЕ - в) - Е

Рис. 51.40. Безпошукове системи управління адаптивного ЕП з еталонною моделлю: а - з параметричною самонастроювання: б - із сигнальною самонастроювання

Заздалегідь відомою інформації про об'єкт і включається в адаптивну систему управління, як показано на рис. 51.40, а, б [51.37]. Еталонна модель ЕМ тут виконує функції коригувального устрою, за сигналами якого пристрій управління УУ змінює характеристики системи потрібним чином. В процесі роботи системи вихідні сигнали моделі і об'єкта в, що характеризують відповідно показники якості моделі і об'єкта, порівнюються обчислювачем критерію відповідності ВКС моделі об'єкту. При відхиленні сигналу об'єкта у від сигналу моделі розум ВКС виробляє відповідне вплив і, пропорційне відхиленню у від розум, і подає його на УУ, яке в свою чергу подає відповідний сигнал і, на регулятор (рис. 51.40, а) або на вхід системи управління об'єктом (рис. 51.40, б). У першому випадку при зміні параметрів регулятора СУ АЕП здійснює параметричну самонастройку, а в другому – коли виробляється сигнал корекції на систему управління – сигнальну самонастройку.

Прикладами систем з параметричною самонастроювання є системи ТП-Д з адаптивним регулятором струму, які виконуються з використанням нелінійного ланки, як в ЕП типу ЕПП (див. § 51.7) [51.19], або з регулятором з перемикається структурою в режимах безперервного і переривчастого струмів ЕП [51.17]. Прикладом систем із сигнальною самонастроювання є системи, що працюють з ЕМ з наглядачами пристроями [51.17, 51.21, 51.44, 51.45].

У пошукових СУ АЕП досягнення необхідного показника якості здійснюється за допомогою автоматичного пошуку. Такі системи часто здійснюють пошук максимальних (рис. 51.39, б) або мінімальних (рис. 51.39, в) значень вихідної величини об'єкта у згідно характеристиці об'єкта, змінюється в процесі роботи під впливом збурюючих впливів /. Пошук здійснюється за рахунок зміни сигналу керування і, який при характеристиках об'єкта, показаних на рис. 51.39,6, повинен зростати, якщо при збільшенні його на Лі виходить прирощення сигналу у на

Ау = у (ИА + АІА) – у (ІА)> 0, І знижуватися, якщо

& У = У (ІБ + АіБ) – у (ІБ) <0,

І, навпаки, знижуватися і зростати при характеристиках рис. 51.39, в.

Прикладом пошукової СУ АЕП може служити система пошуку мінімального (оптимального) значення струму статора АД в системі ЕП ТПН-АД, при якому втрати в АД виявляються мінімальними, а ККД – максимальним [51.28]. Регульованою координатою АД як об'єкта управління є струм статора / ь керуючої – напруга живлення двигуна Ult а обурюватися – момент навантаження на валу двигуна Мс. У цьому випадку застосовується пошукова екстремальна СУ

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 51.41. Пошукова екстремальна система

Адаптивного асинхронного ЕП: А – функціональна схема, б – принцип пошуку – мінімуму струму статора АД; в – принцип субоптимального адаптивного управління

АЕП (рис. 51.41, а), що здійснює пошук екстремального значення струму Ilmin, як показано на рис. 51.41, б.

У таких СУ АЕП застосовується також субоптимальное управління, тому що всі мінімальні значення струму Ilmi "при різних навантаженнях лежать на одній регулювальної залежності Jimi" = fWi) (рис. 51.41, в). Така залежність забезпечується в СУ ЕП при регулюванні струму з позитивним зворотним зв'язком по струму та нелінійної залежністю коефіцієнта підсилення від напруги, забезпечуваною функціональним перетворювачем [51.46]. Такі СУ АЕП адаптивного асинхронного електропривода дозволяють підвищувати його енергетичні показники і знижувати втрати електроенергії при різних навантаженнях на валу двигуна.

51.10. МІКРОПРОЦЕСОРНІ СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ ЕЛЕКТРОПРИВОДАМИ

Мікропроцесори (МП) і розробляються на їх основі спеціальні обчислювачі, програмовані контролери та мікро-ЕОМ дозволяють ширше використовувати цифрові принципи управління в автоматизованому ЕП.

МП – програмно-керований пристрій, осуществляюшее процес обробки цифрової інформації і керування ними побудоване, як правило, на одній або декількох ВІС.

Мікропроцесорні засоби дозволяють розширити функціональні можливості систем ЕП, полегшують реалізацію складних законів адаптивного й оптимального керування. Використання МП дозволяє одночасно виконувати ряд інших функцій, таких як програмована перевірка номінальних режимів, контроль граничних значень сигналів, діагностика та пошук несправностей, вибір керуючих алгоритмів і т. д.

СУ ЕП з керуючими МП-засобами мають наступні відмітні особливості від аналогових систем: закони управління реалізуються у вигляді алгоритмів, що виконуються за допомогою апаратних і програмних засобів; відпрацьовуються дискретні в часі (квантовані по амгСпітуде) сигнали, які здійснюються АЦП і ЦАП.

На відміну від цифрових систем з жорсткою логікою МП-системи управління ЕП забезпечують більшу гнучкість у процесі роботи за рахунок швидкого переходу з однієї програми на іншу. Кожна з програм записується в пам'яті МП-системи. МП однаково добре

Таблиця 51.9. Основні технічні характеристики однокристальних мікропроцесорів

БІС

Технологія виготовлення

Розрядність, біт

Тактова частота, мГц

Кількість РОН

Потужність споживання, мВт

Число команд

КР580ИК80

І-МДП

8

2,5

6

750

78

К1810ВМ86

Р-МОП

16

5,0

4

1700

35

К1801ВМ1

Р-МОП

16

5,0

8

1000

64

К1801ВМ2

/.-МОП

16

10

8

1700

74

Примітки: 1. МП К1801ВМ1 і К1801ВМ2 програмно не сумісні з МП КР580ИК80 і К1810ВМ86.

2. МП К1810ВМ86 і К1801ВМ2 мають команди перемножування і ділення.

Працюють як в лінійних, так і в нелінійних системах управління.

МП-засоби автоматизованих систем ЕП. МП з фіксованою системою команд мають наступні відмітні ознаки: розрядність оброблюваного слова, тактову частоту, кількість регістрів загального призначення (РОН), число команд, споживану потужність. У табл. 51.9 наведені дані вітчизняних однокристальних МП.

Мікропроцесор є базовим елементом МП-комплектів, до складу яких входять різні за функціональним завданням БІС. Так, МП-комплект КР580 має в своєму наборі вісім БІС.

Мікро-ЕОМ містить інтерфейс вводу – виводу, що складається з МП, напівпровідникової пам'яті і при необхідності – пульта управління і джерел електроживлення, об'єднаних загальною несучою конструкцією.

Вбудована мікро-ЕОМ не має індивідуального пульта керування, джерела електроживлення і призначена для конструктивного вбудовування в обчислювальну або керуючу МП-систему.

Одноплатні мікро-ЕОМ – це вбудована мікро-ЕОМ, виконана у вигляді МП – модуля, побудованого на основі однієї друкованої плати.

Однокристальна мікро-ЕОМ виконана у вигляді однієї ВІС.

На основі МП-засобів випускаються універсальні мікро-ЕОМ, програмовані контролери, які широко використовуються в автоматизованому ЕП. Однокристальні мікро-ЕОМ є найбільш перспективними при проектуванні МП-систем управління (табл. 51.1 ОХ так як виконують широкий набір логічних і арифметичних операцій і дозволяють у 5 – 10 разів зменшити число необхідних мікросхем.

Мікро-ЕОМ Мікроконт – «Електроніка ролер« Елект-НЦ-80-01Д »Роніка С5-41»

Система команд. . . Мікро-ЕОМ «Електроніка 60»

Мікропроцесор. . . К1801ВМ1 К1801ВМ1 Швидкодія (розряд – розряд), операцій / с 500-10 – '500-10 -'

Об'єм пам'яті, Кбайт:

ОЗУ (адресуемая) 64 ……….. 2 ПЗУ (користувача) 8 8

В АСУ ТП, верстатах з ЧПК, складних ЕП різних виробничих механізмів знаходять застосування одноплатні мікро-ЕОМ і програмовані контролери.

Для обробки цифрової інформації в АСУ ТП, в системах збору, підготовки та обробки даних призначена мікро-ЕОМ «Електроніка-60». Програмна сумісність мікро-ЕОМ з ЕОМ СМ-3 і СМ-4 дозволяють значно розширити її обчислювальні можливості.

Конструктивно мікро-ЕОМ «Електроніка 60» оформлена у вигляді блоку розміром 520 x 388x 100 мм, до якого підключаються складові частини (плати) обчислювальної системи. Всі плати ЕОМ виконані у вигляді закінчених модулів, які пов'язані і повідомляються один з одним через єдиний канал обміну інформацією – канал ЕОМ (рис. 51.42).

Технічні дані мікро-ЕОМ «Електроніка 60»

Швидкодія, операції / с ………………………………….. 250-103

TOC o "1-3" hz 16

Кількість команд ………………………………………… ……….. 81

Кількість методів адресації ……………………………. 8

Число регістрів загального призначення … 8 Час виконання команд, мкс:

З фіксованою комою ……………………………………….. До 8

Розширеної арифметики, не більше 90

Таблиця 51.10. Основні технічні характеристики однокристальних мікро-ЕОМ

Найменування БІС мікро-ЕОМ

Технологія виготовлення

Розрядність

Об'єм пам'яті на кристалі (біт)

Число команд

Тривалість командного циклу, мкс

Тактова частота, мГц

Напруга живлення, В

ПЗУ

ОЗУ

К1814

Р-МОП

4

1024 x8

64×4

43

20

0,3

-9

К1820

І-МОП

4

1024 x8

64×4

49

4

1,6

+ 5

К1816

І-МОП

8

1024 х 8

64×4

96

'2,5

6

+ 5

Основні технічні дані одноплатні мікро-ЕОМ

З плаваючою комою, не більше. . . 360

Об'єм пам'яті ОЗУ, Кбайт ……………………………………… ……. 64

Мікропроцесорні програмовані контролери диспетчеризації, автоматики, телемеханіки-мікроД AT. Для зменшення витрат часу і коштів при створенні пристроїв керування ЕП або технічним процесом необхідно уніфікувати компоненти МП – систем управління і розширити їх номенклатуру. Комплекс технічних засобів для локальних інформаційно-керуючих систем КТЗ ЛІУС-2 (торгова марка мікроДАТ) є зручним для застосування в автоматизованому ЕП [51.53]. МікроДАТ володіє широкою номенклатурою компонувальних виробів (більше 200 елементів, що виконують різні функції), яка дозволяє реалізувати різні структури СУ ЕП.

Агрегатування передбачає компоновку з обмеженого набору уніфікованих частин різноманітних об'єктно-орієнтованих виробів (блоків, приладів, пристроїв до комплексів). При цьому агрегатні модулі, обрані в необхідному наборі і поєднанні, з'єднують відповідно до рекомендованих (типовими) структурами (рис. 51.43). Основою структурної уніфікації є система загальних шин – многопроводним внутрішньоблокових інтерфейсна магістраль (ІМ) в типовому компонувальному каркасі. Для об'єктно-орієнтованих пристроїв рекомендовані аналогічні структури з багатодротової міжблочний ІМ в типовому компонувальному шафі. Засоби введення – виведення, обробки, передачі та відображення інформації реалізовані на базі 8-розрядного МП.

До складу комплексу мікроДАТ входять програмовані контролери, призначені для керування устаткуванням масового

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 51.42. Структурна схема мікро-ЕОМ

«Електроніка-60»: ЦП – Центральний процесор; УБВ - пристрій вводу-виводу, Г-таймер; І - інтерфейс; УП – Пристрій користувача; П – Перфоратор; ПМ – Друкуюча машина

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

А)

Виробництва (металургійним, машинобудівним, ковальсько-пресовим і т. д.) Контролер, виконаний на базі МП КР580ИК80, побудований за модульним принципом і передбачає 32, 64 або 128 входів – виходів, прилади введення програм, програмування і налагодження. Зовнішній вигляд контролера представлений на рис. 51.44.

Технічні дані контролера мікроДАТ

МБ 57.01 МБ 57.02 МБ 57.03

Мікропроцесор

КР580ИК80

Розрядність

8

8

8

Споживана

Потужність, Вт

65

80

100

Габарити, мм:

Довжина. . . .

322

482

682

Ширина. . .

245

245

245

Висота. . .

266

266

266

Маса, Кг … .

13

16

22

Час виконання

Операцій, мкс:

Опитування входу.

7

7

7

Логічних, не

Більше. . . .

10

10

10

Аріфметічес

200

200

200

Ких ………………………………..

Мікропроцесорне управління ЕП постійного струму. В ЕП постійного струму МП системи використовуються в основному для стабілізації швидкості і відпрацювання заданого переміщення (точне позиціонування).

Цифрове регулювання швидкості з застосуванням МП коштів здійснюється, як правило, двома шляхами: 1) аналого-цифровим управлінням, в якому регулятор струму – аналогового типу, а регулятор швидкості – із застосуванням мікро-ЕОМ; 2) прямим цифровим керуванням, в якому на МП -кошти покладено функції контролю аж до вироблення управляючих імпульсів тиристорних перетворювачів.

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 51.43. Структури МП-систем управління

На базі комплексу мікроДАТ: А – однопроцесорна; б – многопроцессооная. Елементи: ЕС / – ЕСЗ – зв'язку, ЕВ – введення, ЕУ-управління, ЕП - пам'яті. Пристрої: УВК - введення контролера, УВП – Зовнішній пам'яті, УВВ – Введення – виведення; Т-таймер '

ЕП з МП-управлінням з цифровим РС (рис. 51.45) має ДПТ М, ТП (VM КТ з датчиком струму ДТ (1) А) і аналоговим РТ, цифровим КС з цифровим датчиком швидкості ЦДС (BRZ), лічильником імпульсів Сч, мікро -ЕОМ, пристроєм зв'язку з об'єктом УВВ і цифро – аналоговим перетворювачем ЦАП (UZY).

Джерело живлення Модуль МП

X

21.

Ж.

JL

IX

Про про про про

□ в

Че <м

Про Про

245

462 /_________

Модулі в ^ ода-Висновку

Рис. 51.44. Зовнішній вигляд контролера, виконаного на МП КР 580ИК80

ІАП

РГ

IU2Y1

Р »-

(АА)

Про "

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 51.45. Функціональна схема ЕП з МП-управлінням з цифровим регулятором швидкості

ATCUA1

1

ПЗУ

ОЗУ

II

I

УВВ

Ту

%

Рах

УВВ

Мікро-Еом

^ LifiC(BRZ)

Мікро-ЕОМ дозволяє програмним шляхом реалізувати різні структури РС, в тому числі П, ПІ та ПІД-типу, зі змінними коефіцієнтами для пропорційної, інтегральної та диференціальної складових вихідного параметра. Програмним шляхом легко забезпечується завдання різних законів управління з високою точністю регулювання, передбачається адаптація параметрів регулятора в разі зміни магнітного потоку двигуна або інших параметрів системи.

Такі системи забезпечують можливість завдання частоти обертання до 1 об / хв і високу статичну точність – до 0,1-0,001% стабілізації швидкості з високими динамічними властивостями.

МП- система

Мп

Г Т Т 1

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 51.46. Функціональна схема ЕП з прямим цифровим керуванням швидкістю від ЕОМ

Цдсгвкгу

УВВ

І 3, с

Система із прямим цифровим керуванням (рис. 51.46) передбачає управління ЕП

U,

Від ЕОМ, включаючи організацію формування керуючих імпульсів на тиристори або силові транзистори. У схемі можна виділити наступні основні вузли: генератор імпульсів ГІ, пристрій синхронізації Сінх, датчики повного і переривчастого струмів ДПТ і ДПрТ, цифровий датчик швидкості ЦДС (BRZ) і лічильник для вимірювання частоти обертання Сч, таймер Т і пристрій завдання швидкості. ГІ може бути реалізований програмним або апаратним способом. У МП – систему вносяться програма регулювання частоти обертання з ПІ-регулятором, що виконується через кожні 10 мс, і програми регулювання струму, що передбачають зміну напряму протікання струму і логічного перемикання UM. Програма регулювання струму повторюється через кожні 1 мс і передбачає режим переривчастих струмів.

Системи ЕП постійного струму з МП – регулюванням використовують алгоритми управління, засновані на принципі підлеглого регулювання. Регулювання частоти обертання реалізується програмним чином з використанням ПІ – або ПІД-закону регулювання. Регулювання струму в безперервному режимі – з ПІ-закону, а в режимі переривчастого струму використовуються методи нелінійної корекції в функції струму якірного ланцюга або в функції тривалості протікання струму.

Позиційна система ЕП (рис. 51.47) використовує цифро-аналогове керування Тіріс – торним перетворювачем напруги. Двигун М одержує живлення від 777 (II). Схема містить аналогову частину, що складається з аналогового КТ з регулятором струму РТ і КС з регулятором швидкості РС.

Цифрова частина системи виконана з використанням МП-системи і складається з наступних елементів: цифрового датчика положення ЦДП (BQZ), цифро-аналогового перетворювача ЦАП, мікропроцесора МП, пам'яті (ОЗУ і ПЗУ), пристроїв зв'язку з об'єктом ПЗО, лічильника імпульсів Сч.

У МП-системі здійснюється порівняння заданого положення з необхідним, контроль його дійсного значення і обчислення сигналу неузгодженості по положенню, програмується функціональна схема регулятора положення. У ПЗУ МП-системи записується кілька можливих структур регулятора положення (лінійна, параболічна, параболічна з лінійною частиною в зоні малих переміщень і т. д.) і в залежності від обраної програми на вхід ЦАП видається необхідну завдання на швидкість ЕП.

МП-система регулювання положення спільно з аналоговою частиною регулювання швидкості забезпечує високі динамічні показники ЕП і високу точність позиціонування (до 0,001%).

Мікропроцесорне управління ЕП змінного струму. Система ТПН-АД виконується або із прямим цифровим керуванням (СІФК реалізується програмним шляхом), або з СІФК, реалізованої апаратним способом. Принципова схема розімкнутої системи ТПН-АД з прямим цифровим керуванням від ЕОМ (рис. 51.48) має МП-систему, тиристорний перетворювач напруги ТПН, АТ (М), таймер Т, що має два лічильника, датчик стану мережі ДСС і підсилювач керуючих сигналів У. У розглянутій схемі МП-система виконує функції СІФК.

Синхронізація роботи СІФК відбувається шляхом порівняння сигналу поточного стану мережі з відповідним сигналом з блоку даних ПЗУ. При збігу сигналів (у двійковій формі) МП заносить в перший лічильник таймера початкове число, яке визначає амплітуду пилкоподібної сигналу, і другий лічильник починає формувати цей сигнал ^ ООП – Потім МП виробляє опитування ^ о. оп, Uu3 і порівняння цих кутів.

Як тільки буде l / Kon <Uаз, МП виводить керуючий сигнал на тиристори, які включаються при а = оц.

Частотне управління АТ. МП в ЕП з частотним перетворенням електричної

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 51.47. Функціональна схема цифро-аналогової системи позиційного ЕП з цифровим

Управлінням становищем від ЕОМ

Л

Про

WH (UV)

УВВ

Т

МП

Рис. 51.48. Функціональна схема розімкнутої системи асинхронного ЕП ТПН-АД з прямим цифровим керуванням від ЕОМ

ОЗУ «J=T>

З> УВВ

VVJ

ПЗУ <£ =>

Т <= про

V

Енергії використовується в розімкнутих і замкнутих системах управління.

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

УВВ

В ЕП з частотним керуванням на МП – систему можна покласти наступні функції:

1) формування і видачу керуючих сигналів в залежності від сигналів завдання і зворотних зв'язків. Наявність спеціальних програм дозволяє здійснювати адаптивне регулювання ЕП;

2) обробку інформації. Аналогові сигнали перетворяться в цифрові в АЦП, а дискретно змінюються імпульси різних датчиків МП вважає, зрушує і перетворює в цифрові дані, зручні для обробки в паралельному коді;

У розімкнутої системі (рис. 51.49, а) на МП-систему в залежності від задаючого сигналу покладаються функції вибору з ПЗУ черговий керуючої інформації і видачі її на силовий перетворювач.

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

МП – система

ХХХТ

Мм

ПЗУ

ОЗУ

УВВ

МП

ТПЧШ2)

Л

УС

УВВ

МП з

ДТ

УВВ

ОЗУ

УВВ

І у, в

І У, І

(

УВВ

ВПШ)

= 0

ПЗУ

C = i>

Ішг)

Тврмі-1лІ.

НПП

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

У замкнутих системах регулювання МП дозволяє реалізувати програмним шляхом складні закони управління і багатоконтурних цифрове регулювання при мінімальних апаратних засобах. У схемі рис. 51.49, 6 МП порівнює фактичну і задану швидкості і використовує неузгодженість для регулювання вихідної частоти перетворювача для живлення АД. У більш складних системах. асинхронного ЕП, що забезпечують високу якість регулювання, МП обчислюють необхідну частоту перетворювача, враховуючи не тільки похибка по швидкості, але і ОС по струму. При цьому 'забезпечується режим керованого ковзання, що дає можливість двигуну працювати або з максимальним моментом, або з ККД і cos ф від нуля до максимальної швидкості в різних режимах.

Рис. 51.49. Функціональна схема розімкнутої (о) і замкнутою (б) МП системи асинхронного ЕП з частотним керуванням швидкістю

3) синхронізацію (узгодження за часом) за допомогою програмованого таймера, керованого МП;

4) контроль і захист. Програмним шляхом здійснюється безперервний контроль основних змінних і в разі перевищення контрольованих величин допустимих меж МП виробляє сигнали на відключення ЕП або переведення його в інший режим роботи;

5) діагностику системи ЕП при наявності спеціальних програм.

51.11. СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ ВИРОБНИЧИХ КОМПЛЕКСІВ І гнучкого автоматизованого виробництва

Гнучкі виробничі комплекси (ЦПК)

ЦПК називається група виробничого устаткування з високим ступенем автоматизації, призначеного для обробки різних виробів, що випускаються малими і середніми партіями.

Загальна мета введення у виробництво ЦПК полягає в різкій інтенсифікації роботи промисловості і сільського господарства, підвищенні продуктивності і забезпеченні високої якості продукції.

У машинобудуванні високоефективними автоматизованими об'єктами є металорізальні верстати з ЧПУ і сучасними автоматизованими ЕП. Ці верстати допускають швидку перебудову технології при зміні продукції, що випускається, завдяки чому вони знайшли широке застосування в дрібносерійному виробництві.

Об'єднання сучасних металообробних верстатів, що містять ЧПУ, з транспортно-накопичувальними, контрольними та сигнальними пристроями і роботами з управлінням від ЕОМ і становить ЦПК в машинобудуванні.

При об'єднанні верстатів в ЦПК змінюються їх механічні пристрої. Верстати оснащують магазинами інструментів з роботами-маніпуляторами, що дозволяють здійснювати автоматичну зміну інструмента, і супутниками для закріплення і транспортування виробів.

На рис. 51.50 показана спрощена функціональна схема ЦПК для невеликої номенклатури оброблюваних виробів, де 'С – верстати з ЧПУ; АТС – автоматизована транспортна система, що подає заготовки на верстати і видаляє готові вироби; Склад – накопичувач заготовок, в тому числі на супутниках; центральна ЕОМ.

Га га га

АТС

СНЛАД

Рис. 51.50. Спрощена функціональна схема ЦПК

Зі збільшенням номенклатури оброблюваних виробів і вимог до гнучкості комплексів функціональні схеми ЦПК можуть бути більш складними. Висока гнучкість припускає можливість виконання безлічі робіт по заданим ЕОМ програмам, по автоматичній зміні інструмента, з підготовки супутників з виробами, по застосуванню роботів і т. п. Тому необхідно мати автоматизовані ділянки технологічної підготовки виробництва нових виробів, в тому числі інструментів, керуючих програм і ін Потрібно готувати необхідну документацію, наприклад змінно-добові завдання на виробництво і поставку деталей як всередині, так і поза комплексом і т. п.

Основою сучасного автоматичного керування ЦПК є керуючі обчислювальні комплекси (НВК). Зазвичай в кожному УВК є пристрої налагодження інструменту, що знаходяться поза верстатів, і вимірювальні машини, автоматично вимірюють розміри оброблюваних виробів.

Управління таким ЦПК з перебудовується технологією здійснюється від центральної ЕОМ, є підсистемою АСУП і системою більш високого рівня по відношенню до СЧПУ верстатів та інших працюючих з ними пристроїв. Основне завдання цієї ЕОМ зводиться до забезпечення максимальної і рівномірного завантаження верстатів і «спостереження» за ходом обробки виробів, контролю і введення корекції в роботу верстатів. Вона розраховує керуючі програми, які зберігаються в пам'яті мікро-ЕОМ СЧПУ верстатів.

Ще більш високим рівнем автоматичного управління можна вважати забезпечення обліку, планування та диспетчеризації роботи виробничого комплексу. Цей рівень по суті є рівнем АСУ цеху або підприємства і реалізується за допомогою більш потужної ЕОМ.

Описана АСУ, що має кілька рівнів і включає частково задачі автоматизації адміністративного управління, називається гнучкою інтегрованої системою.

Вона є основою сучасних методів автоматизації різних областей виробничого процесу, що забезпечують отримання необхідних виробів з найменшими витратами праці і засобів за мінімальний час і при мінімальній чисельності персоналу. Приклад такої системи показано на рис. 51.51.

Найбільш складною і трудомісткою завданням при створенні гнучкої інтегрованої системи є розробка її програмного забезпечення (ПО). Дуже важливо при створенні ПЗ вибирати верстати та інші пристрої ЦПК однотипними для всіх ЦПК об'єкта управління і передбачати можливості розвитку даної АСУ. Основним методом роботи ПЗ є моделювання об'єкта управління і його вузлів. Так, наприклад, інформація про те, в яких осередках накопичувача знаходяться задані деталі, зберігається в оперативній пам'яті УВК, яка моделює цей накопичувач. Зазвичай такі моделі зберігаються на магнітних дисках та-по мірі необхідності викликаються в оперативну пам'ять.

Особливе значення мають питання надійності і довговічності, а також живучості систем управління УВК, включаючи засоби контролю, самоперевірки та діагностики.

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 51.51. Схема гнучкою інтегрованої АСУ: І ВЦ – Інформаційно-обчислювальний центр; ЕПО - елемент програмного забезпечення; вузли: ЛУ – програмного керування, АУ-автоматичного керування

Важливо, що при аварії на об'єкті управління АСУ вводить необхідні корективи в технологічний процес і адаптується до нової ситуації. Іноді, при необхідності, в УВК вводять резервування з використанням додаткових МП елементів.

У промисловості різних країн спостерігаються великі відмінності в ЦПК, які розрізняються за моделями верстатів, по числу верстатів з ЧПУ і без ЧПУ, що входять в один ЦПК, за номенклатурою виробів, за їх габаритним розмірам, масам і призначенням. Розрізняються також системи подачі виробів на верстати і видалення готових виробів і системи інструментального забезпечення (СІО). Відомості про деяких вітчизняних ЦПК наведено в табл. 51.11.

Випускається в СРСР багатономенклатурному ЦПК АЛП-3-1 складається з однотипних верстатів з ЧПК, керованих від ЕОМ. Він має високу продуктивність при обробці різноманітних корпусних деталей з алюмінієвих сплавів. Його впровадження знизило трудомісткість механічної обробки корпусних деталей в 2 рази. Число зайнятих верстатів з ЧПУ зменшилася також в 2 рази. Коефіцієнт змінності збільшився з 1,3 до 2,0. Завантаження верстатів зросла з 0,4 до 0,9. Річна економія досягла 200 тис. руб.

Гнучкі автоматизовані виробництва (ГАП)

Таблиця 51.11. Основні відомості про верстати з ЦПК

Розміри

Номен

Подача деталей в АТС

Модель

Число

Типи верстатів

Виготовлених

Клатура

Наявність

Стан

(Кількість)

Виробів.

Виробів.

СІО

Ков

Мм

Шт.

АСК-10

6

Багатоопераційні з ЧПУ (1)

750x600x550

Широка

У тарі

Немає

Алп-3-1

2

Те ж

250x250x250

25

На

Супутниках

Є з індивідуальною подачею

Алп-3-2

8

Верстати з ЧПУ (3); багатоопераційні пятікоордінатние (4); багатоопераційні шестікоор – дінатние (3); для глибокого свердління (1)

250x250x250

70

Те ж

Те ж

Гнучким автоматизованим виробництвом (ГАП) називається виробнича одиниця (дільниця, цех, завод), в якому робота всіх компонентів (технологічного обу – ладнання, транспортних і складських систем, ділянок комплектування програм, інструментів, пристосувань, заготовок і т. п.) синхроніз як єдине ціле системою керування, що забезпечує швидку перебудову технології виробництва (обробки) при зміні продукції, що випускається.

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 51.52. Функціональна схема гнучкого автоматизованого виробництва

Складовими частинами ГАП (рис. 51.52) є ЦПК, АСУГП і АСУ П. Кожен ЦПК включає групу верстатів і інших машин з високою автоматизацією і одну або кілька ЕОМ iз системою ПО для всього виробництва. АСУТП – автоматизована людино-машинна система управління технологічними процесами, що включає системи автоматичного проектування (САПР) технології, інструментів і пристроїв, керуючих програм та ін АСУП – автоматизована людино-машинна система управління виробництвом всього підприємства.

Ця схема є загальною не лише для машинобудівних промислових виробництв, але і для ливарних, зварювальних і ін

Слід підкреслити, що сучасні ЦПК разом з АСУ ТП і АСУП перетворюють звичайне виробництво в ГАП, що працює за «безлюдній" технології. При цьому підвищуються економічність, продуктивність і якість продукції, що випускається і знижуються оборотні кошти, що вимагаються для виробництва. У кожне ГАП входить автоматизована частина, яка виготовляла засоби оснащення виробництва, які не можна отримати з боку.

Це досягається максимальним ступенем автоматизації виробництва і високою надійністю і довговічністю обладнання та ЕОМ. ПЗ повинно передбачати потрібний набір діагностичних програм для обслуговування та ліквідації порушень робочого циклу.

Диспетчер, який працює на центральному пункті управління, повинен швидко приймати заходи, що усувають вплив несправностей.

Основні умови для отримання високої гнучкості ГАП:

1) зв'язок всіх частин технологічного обладнання в єдиний комплекс за допомогою транспортно-складських систем і автоматизованих ділянок комплектування виробів;

2) вбудовування МП в технологічне обладнання;

3) наближення міні – і мікро-ЕОМ з відеотерміналами до робочих місць;

4) об'єднання МП і ЕОМ в обчислювальну мережу промислового призначення;

5) підвищення продуктивності обладнання та людської праці на основі автоматизації та комплексування;

6) застосування модульного складу всіх елементів;

7) синхронізація роботи всіх компонентів від ЕОМ;

8) програмування технології, управління та технологічних засобів.

Діючі в СРСР і зарубіжні ГАП поки виконують перелічені умови неповністю. Багато хто з них ще не мають автоматизованих ділянок підготовки виробництва. Автоматична діагностика та адаптивність управління особливо при збоях ще недосконалі.

ЦПК і ГАП з автоматичним управлінням від 'ЕОМ є великим кроком вперед у розвитку комплексної автоматизації всіх галузей промисловості і сільського господарства.

Комплексною автоматизацією виробничих процесів, як відомо, називається така система, при якій технологічні і супутні їм процеси перетворення вихідних матеріалів в готові вироби виконуються автоматично діючою системою машин без докладання фізичної та розумової праці людини у виробництві.

51.12. ПРИНЦИПИ ПРОЕКТУВАННЯ

СИСТЕМ АВТОМАТИЧНОГО КЕРУВАННЯ ЕЛЕКТРОПРИВОДАМИ

Проектування СУ ЕП є окремим етапом проектування ЕП (див. § 50.4). Після вибору системи управління ЕП на підставі техніко-економічних розрахунків слід розглянути наступні етапи проектування:

1) вибір типу СУ ЕП і визначення її параметрів:

А) вибір зворотних зв'язків, визначення їх коефіцієнтів, вибір датчиків;

Б) визначення параметрів елементів системи, настройку регуляторів, вибір елементів;

2) формування електромеханічних (механічних) характеристик (ЕМХ) ЕП із замкнутою СУ:

А) визначення задаючих напруг, що забезпечують ЕМХ в заданому діапазоні регулювання швидкості і обмежень струму (моменту);

Б) аналіз ЕМХ;

3) формування динамічних характеристик ЕП:

А) аналіз СУ ЕП, визначення виду коригувальних пристроїв і визначення їх параметрів;

Б) аналіз динамічних режимів ЕП;

4) розробку принципової електричної схеми керування і схем електричних з'єднань і підключень:

А) вибір способу розробки принципової електричної схеми;

Б) складання схеми;

В) визначення параметрів елементів схеми та їх вибору;

Г) розташування елементів на панелі і на об'єкті управління;

Д) вибір способу і складання схем електричних з'єднань і підключень;

5) перевірку надійності (довговічності) СУ ЕП.

При виборі типу СУ ЕП вирішується питання про вибір СУ з підсумовуючим підсилювачем або з підлеглим регулюванням координат і відповідно вибираються ОС, визначаються їх коефіцієнти і вибираються датчики ОС (див. § 51.6, табл. 51.3).

У СУ ЕП з підсумовуючим підсилювачем визначається необхідний коефіцієнт посилення підсилювача виходячи з необхідних значень статизм ЕМХ (див. § 51.6) і вибирається підсилювач (див. розд. 20). У СУ ЕП з підлеглим регулюванням координат вибираються регулятори виходячи з необхідних динамічних режимів і проводиться їх настройка (визначення параметрів елементів R і С) (див. § 51.6, табл. 51.7).

При формуванні статичних ЕМХ ЕП вирішується питання про формування ділянок ЕМХ при стабілізації швидкості і стабілізації моменту (струму). Для ділянок стабілізації швидкості визначаються значення задають напруг (зазвичай максимальні і мінімальні), що забезпечують ЕМХ в заданому діапазоні регулювання швидкості. На ділянках стабілізації моменту (струму) визначаються значення напруг вузлів обмежень і розраховуються параметри цих вузлів. Розрахунок ЕМХ при лінійній характеристиці перетворювача виробляють по рівняннях (див. § 51.7) при постійному значенні коефіцієнта підсилення перетворювача, а при нелінійній характеристиці роблять розрахунок з урахуванням цієї нелінійності, при якому задаються значеннями напруги управління, визначають відповідні їм ЕРС перетворювача по його характеристиці і вирішують систему наступних лінійних рівнянь (див. § 51.6) в системі з підсумовуючим підсилювачем:

Щ = (1Л,, з – Ky – кг {1 ~ / отс);

Еп = (і / Ьд) + 'К-

В системі з підлеглим регулюванням координат

Іу = [(АГС ~ кс (о) fcpC] orp – М;

Еп = (зі / кд) + IR.

Формування динамічних характеристик ЕП проводиться за допомогою послідовних, паралельних і комбінованих (послідовно-паралельних) пасивних і активних коригуючих пристроїв, синтез схем і параметрів яких виробляється різними методами. Реальні СУ ЕП містять пристрої з нелінійними характеристиками. Для спрощення синтезу, а згодом і аналізу нелінійні СУ ЕП насамперед прагнуть лінеаризовані, перетворивши їх в лінеаризовані, що підкоряються принципу суперпозиції і описувані диференціальними або різницевими рівняннями для безперервних і дискретних систем, записаних в класичній або операторній формі. Тут крім найпростішої лінеаризації використовуються також методи гармонійної, статистичної та комбінованої лінеаризації [51.56], які призводять до спрощень лінеаризовані СУ ЕП, але не обов'язково до лінійним системам.

Лінеаризація характеристик системи здійснюється з урахуванням можливих режимів роботи перетворювача і двигуна на певних ділянках їх характеристик. Іноді, наприклад, протягом всього динамічного режиму параметри системи змінюються незначно і їх змінами цілком можна знехтувати, не зменшуючи точності розрахунків.

Часто лінеаризація характеристик ланок системи проводиться по дільницях (кусково-лінійна апроксимація), на кожному з яких система вважається лінійною.

Синтез коригувальних пристроїв здійснюється різними методами. У СУ ЕП з підсумовуючим підсилювачем найбільше поширення отримав метод логарифмічних амплітудно-частотних характеристик ЛАЧХ [51.38]. У СУ ЕП з модальним керуванням использ, уется метод стандартних коефіцієнтів з використанням малих ЕОМ, що дозволяє вибирати параметри лінеаризовані систем, що забезпечують максимальну швидкодію і високу якість перехідних процесів (з 5%-ним перерегулюванням і без нього) [51.17]. У СУ ЕП з диференціальним рівнянням не вище третього порядку для синтезу можна використовувати діаграму Вишнеградський [51.18].

У СУ ЕП з підлеглим регулюванням координат синтез регуляторів зазвичай здійснюється класичним методом з налаштуванням на ТО і СО (див. § 51.7) [51.15] або використовуються методи настройки, запропоновані в [51.20].

Синтез коригувальних пристроїв СУ ЕП може також проводитися за допомогою аналогових і цифрових ЕОМ.

При кусково-лінійної апроксимації нелінійних характеристик ланок СУ ЕП її синтез проводиться на всіх лінійних ділянках і приймається коригуючий пристрій, що задовольняє вимогам усіх ділянок характеристик системи.

У нелінійних СУ ЕП використовуються нелінійні методи, наприклад, якщо нелінійну систему можна розділити на лінійну частину і безінерційний нелінійний елемент, то наявність автоколивань та їх амплітуда і частота перевіряються за допомогою методу гармонійного балансу [51.56]. Стійкість і характер процесу нелінійної СУ ЕП можна визначити методом фазової площини [51.56].

Аналіз динамічних режимів лінійних (лінеаризовані) СУ ЕП проводиться за допомогою диференціальних рівнянь, складених по ланках системи або по передавальної функції, отриманої з еквівалентною структурної схеми (див. § 51.7). Рішення диференціальних рівнянь невисокого порядку (не вище третього) може проводитися класичним або операторним методом [51.2].

При високих порядках рівнянь, що описують лінійну СУ ЕП, доцільніше користуватися частотним методом розрахунку перехідних процесів, що не вимагає знаходження коренів характеристичного рівняння [51.56], або використовувати ЕОМ.

При застосуванні кусочно-лінійної апроксимації нелінійної характеристики для кожного прямолінійного ділянки складається своє лінійне диференціальне рівняння, постійні інтегрування якого знаходяться з початкових умов на кожній дільниці, і результати розрахунків для кожної ділянки з'єднуються (пріпасовивается). Цей метод підвищує точність розрахунків, але вимагає великих витрат часу.

Якщо в системі є хоча б ланка з істотно нелінійною характеристикою, такі СУ ЕП є нелінійними, і для дослідження динамічних властивостей систем, перехідні процеси яких описуються нелінійними диференціальними рівняннями, застосовуються графоаналітичні методи, наприклад метод фазової площини (канонічних полігонів), що дозволяє вирішити диференціальне рівняння другого порядку з будь-якою кількістю нелінійностей, або метод кінцевих збільшень із застосуванням малих ЕОМ, що дозволяє вирішити диференціальне рівняння будь-якого порядку з будь-якими нелі – нейностямі. Останнім часом основне застосування знаходять методи аналізу динамічних режимів СУ ЕП із застосуванням ЕОМ, що дозволяють проводити розрахунки в діалоговому режимі з дисплеєм.

Для нелінійних, багатовимірних задач аналізу СУ ЕП, що забезпечують оптимальне і екстремальне управління, рекомендуються методи варіаційного числення [51.56], в тому числі формула Ейлера, принцип максимуму Понтрягіна та динамічне програмування (Беллмана).

Приклад 51.1. Визначити коефіцієнт посилення підсумовуючого підсилювача в системі УП-Д з ООС по швидкості, що забезпечує регулювання швидкості двигуна в діапазоні D = 100 зі статизм, що не перевищує 5% (83 = 0,05), при зміні навантаження від нуля до номінальної.

Дано: двигун типу ПБСТ, Р = 1,5 кВт; / "ом = 16 А; соном = 230 рад / с; Кл = 0,53 Ом; / сд = 2,17 радДс-В); перетворювач з R" = = 1,02 Ом.

Попередньо визначається заданий перепад швидкості на нижній ЕМХ:

230

Дю3 = 83со0, ш-(1 = 83

D (1 – 8J – = 0,12 рад / с.

= 0,05 •

100 (1 – 0,05)

Перепад швидкості в розімкнутої системі

Хацор = IHOM (Rn + Rn) = 16 (0,53 + 1,02) ■ 2,17 =

= 53,8 рад / с.

448.

Кнеобх:

Визначається необхідний коефіцієнт посилення розімкнутої СУ ЕП:

Хацор 53,8 j _

Дсозад 0,12

Коефіцієнт ОС по швидкості кс може бути прийнятий з умови обмеження задаючого напруги, рівного, наприклад, V3 з ■ ■ = 10 В:

Ь ________ Max

Кс -

® 0 Max 1 + ^ необх

10448

0,0434 В • с / рад.

230 1 + 448

Приймається кс = 0,044 В • с / рад.

При коефіцієнті підсилення реального перетворювача, рівному ки = 22,5, слід включити в систему ЕП підсумовує підсилювач з коефіцієнтом підсилення не менше

^ _ ^ Необх _________ 448_______ 2qo

У кскпкм 0,044-22,5. -2,17

Приклад 51.2. Розрахувати ЕМХ двигуна, що живиться від перетворювача, що має нелінійну характеристику (рис. 51.53), в системі з ООС по швидкості при со0 = 31,4 рад / с, при відомих коефіцієнтах посилення підсилювача ку = 10, передачі двигуна ка == 1,52 радДВ ■ с), ОС по швидкості кс == 0,027 В • с / рад та опорі ланцюга якоря двигуна з перетворювачем R = 4,36 Ом.

U.. R =

Визначається задаюче напруга при ідеальному холостому ході (див. § 51.6):

Со0

(1 + кскукпк -

КукпкД

31,4

(1 + 0,027 • 10 – 15 ■ 1,52) = 1 В.

10 ■ 15 • 1,52

Значення кп знаходиться по характеристиці перетворювача по його ЕРС, відповідної кутової швидкості со0 = 31,4 рад / с:

Зм = в

До 1,52

При Еп0 = 20,66 В Uy п0 = 1,375 В і тоді кп = 20,6 / 1,375 = 15.

Кнеобх

Для розрахунку точок ЕМХ задаються напругою управління перетворювача, наприклад Uу. п = 1,7 В, визначають ЕРС перетворювача по його характеристиці (£ п = 33 В) і з рів-

Рис. 51.53. Характеристика перетворювача ЕП постійного струму

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

У, п> 1

Гання напруги керування

Uy = Uy n / ky = t73 C – кссо – С / 3, з – кск "(ЄП – IR) визначають струм двигуна:

J___ У. НАУ ^ з. з + кскдЕп _

KckaR

= 1.7 / Ю ~ 1 + 0.027 -1,52 • 33 = 2 і д 0,027-1,52-4,36

Визначають кутову швидкість двигуна:

Зі = * д (Еп – IR) = 1,52 (33 – 2,92 ■ 4,36) == 30,81 рад / с.

Аналогічно розраховуються інші точки електромеханічної характеристики.

Приклад 51.3. Провести синтез параметрів коригувальних ланцюгів (перших похідних за швидкістю і струмом), введених в систему управління ЕП ООС по швидкості (див. рис. 51.3, а), виходячи з необхідної якості перехідного процесу, подібного налаштування системи на ТО.

Дано: коефіцієнти: до "= 24,3; ку = 26; Ад = 1,515 рад / (В • с); Тс = 0,063 В ■ с / радий; постійні часу: Тп = 0,01 с; уя = 0.1 с; тм == JRk = 0,073 с; До = 1,28 Ом; момент інерції ЕП J = 0,025 кг • м2.

Синтез проводиться за допомогою нормованих коефіцієнтів по теоремі Вишнє – градського. Для розглянутої системи управління характеристичний поліном має вигляд

А3р3 + а2р2 + а, р + аа = 0.

При використанні коригувальних зв'язків з першим похідним по швидкості і струму з коефіцієнтами к'с і к'-, напруга управління системи при заданому впливі має вигляд

Uy = (J3 – кс (про – к'сра> – k ^ pi.

Тоді коефіцієнти характеристичного полінома (див. табл. 51.6) дорівнюють

А3 = Т "тяти = 0,01 • 0,1 – 0,073 = 0,000073 с3;

А2 = (ТпТя) Тм + кукп Т ^-к'т = До

0073

= (0,01 + 0,1) • 0,073 + 26 – 24,3 к'т =

1,28

= 0,0081 + 36,25 к'т; d = Гп + Ти + кукпкдк'с == 0,01 + 0,073 + 26 – 24,3 ■ 1,515 / с'с == 0,083 + 957,2 fc'c;

Ав = 1 + кскукпка =

= 1 + 0,063 ■ 26 – 24,5 • 1,515 = 61,3.

Використовуючи нормоване рівняння системи ЕП [51.18]

Q3 + Aq2 + Bg + 1 = 0

З коефіцієнтами А = с2 /] / а § а0 і В =

= At/j/a3al і приймаючи А = В = 2, що відповідає настроюванню системи на ТО, отримуємо необхідні значення коефіцієнтів а2 і ау:

А2 = A pafb = 2 [У (0,000073) 2 - 61,3 = 0,014;

А, = В f / a ^ = 2 fA), 000073 • 61,32 = 1,3.

Тоді, вирішуючи рівняння

А2 = 0,014 = 0,0081 + 136,25 *;; 0j = 1,3 = 0,083 + 957,2 ^,

Отримуємо к'с = 0,0013 В-с/рад і к'т == 0,00017 В / А.

Приклад 51.4. Вибрати параметри регуляторів РТ і РС для однократно інтегруючою системи ТП-Д з підлеглим регулюванням струму (див. рис. 51.36, а) при налаштуванні КТ і КС по технічному оптимуму (ас = щ = 2).

Дано: двигун типу 2ПБК-250/146-2, Рном = 3300 кВт; ііои = 630 В; / ном = 5,65 кА; lev = 11,3 кА, зі,, ™ = 5,25 рад / с; кп == 0,009 радДВ - с); J = 67,5 кг • м2. Система ТП-Д; опір якірного ланцюга R == 0,13 Ом; постійні часу: перетворювача Т "= 0,01 с, якірного ланцюга Т" = 0,13 с; коефіцієнти: шунта якірного ланцюга кш == іш/1ф = 0,037 В / А, датчика струму кат == иа, т / іш = 28,8; кп = 35.

Записується передаточна функція ПІ-РТ (див. § 51.6):

АТТ ^ рк "кт = До (70 тр + 1) = К0, тС0, тр + 1

То. Ср Кз. тС0, тр

Де R: tT, R0 T - резистори вхідного ланцюга (завдання) і ОС РТ; Зі т - конденсатор ОС РТ.

Після підставляння в неї коефіцієнта ОС по струму kr - kmk; llRxr / RT (Ят - резистор ОС по струму) отримаємо при RO TCO T = Тя (приймаючи Зі т = 1 мкФ і = Тп)

0'13 11Г / л

R-O.T

130 кОм;

RC0T

2-0,01-0,037-28,8-35 зі

= ------------------------ Г ----- = 5,8 мОм.

0,13-1-Ю "6

Записується в сталому режимі рівняння

^ ЗЛ>? ШЛ ^ Т ^ СТОП - 0,

Після підстановки в яке вираження кТ отримаємо

Я, т =

/ До до

10 ■ 166 • 103 • 35

= 4,7 кОм.

11300-0,037-28,8 Для КС записується рівняння

Mux ^ з ^ ших = 0.

Підставляючи кс = kr, Rs c / Rc, отримаємо опір резистора ОС по швидкості:

R «3.cOWAr = 90-10 ^ -5,25-1,9 II 10

Де приймається U3 Clllllx = 10 В і резистор вхідний ланцюга завдання PC Ri c = 90 кОм (зазвичай R3 C = 80-f-100 кОм).

Передавальна функція П-РС

WPC (Р) = ЛТК ш R "

■ л _ I _ "о. С -------------------- ВРХ = --------

Ісат Гу ^ до Q

R-3.C

Де Ко з - резистор ОС РС.

Підставляючи / сс = kTIR. sc / Rc, отримуємо

_ JkTkaRc _

Т / ■

633 Ом,

67,5 ■ 0,00088 • 0,009 - 90 -103 нимі рівняннями:

Якщо їх "> U.L C, то і3.і = U3IC;

«В, с = 'зх. Та -" РС =' зх. Т = fcPC "y. ci якщо | Upc |> Upcmax, ТО МРС = I / pOmix!

UyT = upc - kTi; "РТ = му, п" РТП + "РТ, і.

Де МРТП = кртщу, fepT = ГЯ / ГРТ;

Dun Jdt = Му. т / ГРТ; en = Uy пкп + Тп ^;

Е "= сю + Ш + T" R

At

, J da

Ilr = ----------.

З dt

Рішення проводиться на ЕОМ типу СМ-4 за програмою, записаною на мові FORTRAN. Для вирішення складені зухвала програма (головний модуль), підпрограма обчислення похідних S1 і програма виведення S2. Для вирішення диференціальних рівнянь використовується стандартна підпрограма NAMAD3. У програмі прийняті наступні позначення змінних:

MY (l) zY (2) e "-Y (3) upc-URS mpt-Y (4)

Upcmix-UMRS da> / dt-DERY (1) MPT - URT di / dt - DER Y (2) UpTn-URTP

H-is

R-RA

Fcpc-KRS fcn-KP kc-KS KT Г,. І-ТР Tpt-TIT ГП-ТР ГЯ-ТА J-JP

T-т

PRMT (1) - початкове значення незалежної змінної;

PRMT (2) - кінцеве значення незалежної змінної;

PRMT (3) - початковий крок інтегрування (приріст незалежної змінної в ході рішення);

PRMT (4) - максимальна похибка, допустима при вирішенні. Якщо вибраний початковий крок інтегрування не забезпечує заданої точності і похибка, оцінювана в підпрограмі NAMAD3, перевищує PRMT (4), то підпрограма NAMAD3 зменшує крок в 2 рази;

PRMT (5) - вхідний і вихідний параметри. Якщо підпрограма NAMAD3 працює,

Щ "-UZI

Uy. c-UU

С1еп / Л-DER Y (3) dup ^ / dt - DERY (4)

C-C Те PRMT (5) = 0. При закінченні роботи програми, наприклад при досягненні кінцевого значення змінної, PRMT (5) приймає значення, відмінне від нуля;

L - умова виводу на друк (при необхідності виведення програми або результатів на друк приймається L = 1);

DTV - крок виведення на термінал (або на АЦПУ);

IHLF - вихідний параметр, що позначає число поділок початкового кроку в розрахунковій точці;

AUX - масив допоміжних змінних, одержуваних в ході розрахунку кожної точки. У ньому шість рядків, а кількість стовпців визначається порядком системи.

Записується програма обчислень на ЕОМ:

З викликає програму

DIMENSION PRMT (5), Y (4), DERY (4), $ A UX (24)

COMMON N, TV, DTV, L EXTERNAL SI, S2 103 TYPE *, 'ВВЕСТИ PR MT (2), PRMT (3), ^ PRMT (4), DTV, L READ (5, 12) PRMT (2), PRMT (3), PRMT (4), | DTV, L 12 FORMAT (F 10.5 / F 10.5 / F 10.5 'F 10.5/11) IF (L. EQ.0) GO TO 11 IF (L. NEJ0) WRITE (6 , 14) PRMT (2), $ PRMT (3), PRMT (4), DTV 14 FORMAT ('PRMT (2) =', F 10.5, '$ PRMT (3)', F 10.5,

* 'PRMT (4)', F10.5, 'DTV =', F10.5) 11 TV = 0.0 PRMT (1) = .0 Y (l) = .0 Y (2) = .0 Y (3) = У Y (4) = J0

CALL NAMAD3 (PRMT, Y, DERY, 4,

IHLF, SI, S2, AUX, 6)

STOP

END

З підпрограми дифференц - C ального РІВНЯНЬ

SUBROUTINE SI (T, Y, DERY) DIMENSION Y (4), DERY (4) COMMON N, TV, DTV, L REAL KRS, KP, KT, KS, JP, IS, TOT IF (N. NE.0) GO TO 11 жовтня WRITE (5, 1)

1 FORMAT ('ВВЕДЕННЯ UZS, KRS, UMRS, KP, $ TP')

READ (5, 2) UZS, KRS, UMPS, KP, TP

2 FORMAT (F30.10/F30.10/F30.10/F30.10 / # F30.10)

TYPE 200

200 FORMAT ('повторюся - I, НІ - 0) READ (5, 201) J

201 FOR MAT (12)

IF (J. EQ. I) GO TO 10 (01 WRITE (5, 3)

3 FORMAT ('ВВЕДЕННЯ RA, ТА, IS, C, JP') READ (5, 4) RA, ТА, IS, C, JP

4 FORMAT (F30.1O/F30.10/F30.I0/F30.10 | / F30.10)

TYPE 200 READ (5, 201) J IF (J. EQ. I) GO TO 101 102 WRITE (5, 5)

5 FORMAT ('ВВЕДЕННЯ KT, KS, TIT, TR') READ (5, 6) KT, KS, TIT, TR

IF (TR. EQ.0JTR = .001

6 FORMAT (F30.1O/F30.1O/F30.10/F30.10) £ TYPE 200

READ (5, 200) J IF (J. EQ. I) GO TO 102 N = 1

IF (L. EQ.0) GO TO 11

IF (L. NE.0) WRITE (6, 7) UZS, KRS,

$ UMRS, KP, TP

7 FORMAT ('. UZS =, F10.5,' KRS =, 'F 10.5,' UMRS = ', F 10.5,

* 'KP =', F10.5, 'TR =', F10.5) WRITE (6, 8) RA, ТА, IS, C, JP

8 FORMAT ('RA =', F10.5, 'ТА =', F10.5, '' IS = ', F 10.5,' * 'C =', F 10.5, 'JR =', F 10.5) WRITE ( 6, 9) KT, KS, TIT, TR

9 FORMAT ('KT =', F10.5, 'KS =', F10.5, 'TIT =', F10.5, * 'TR =', F 10.5)

11 UZI = UZS * ^ R IF (UZI. GT. UZS) UZI = UZS DERY (1) = (Y (2) - IS) * C / JP DERY (2) = Y (3) - З * Y (1 ) - RA * Y (2)) / / TA / RA

UU = UZI-K8 * Y (l) URS = KRS * UU

IF (ABS (URS). GT. UMRS) URS = UMRS * $ URS / ABS (URS)

URTP = (URC-KT * Y (2)) * TA / TIT

DER Y (4) = (URS - KT * Y (2)) / TIT

URT = Y (4) + URTP

DERY (3) = (URT * KP - Y (3)) / TP

RETURN

END

З підпрограми ВИВЕДЕННЯ

SUBROUTINE S2 (X, Y, DERY, IHLF, NDIM, PRMT) COMMON N, TV, DTV, L DIMENSION Y (4), DERY (4), PRMT (5) IF (PRMT (5). NE.0) GO TO 2 IF (X-TV) 4,2,2 2 WRITE (5, 1) X, Y, IHLF IF (L. NE.0) WRITE (6, 1) $ X, Y, IHLF

1 FORMAT ('ЧАС =', F10.4, '$ ШВИДКІСТЬ = $ F10.4,' 'ТОК =', F10.4, 2F10.4, 12) TV = TV + DTV

4 RETURN END

При розрахунку прийнято: початкові умови з = 0; / = 0; Еп = 0; / с = 0. Інтервал часу, на якому проводиться розрахунок перехідного процесу, дорівнює 0 - 0,3 с, початковий крок інтегрування 0,001 с; відносна максимальна похибка розрахунків 0,01 с; крок виведення на термінал 0.01 с.

Для контролю правильності введення даних на термінал виведено: РРМТ (2) = 0.30000 РРМТ (3) = 0.00100 PRМТ (4) = 0.01000 DTV == 0.01000 UZS = 0.50000 KRS = 38.1000 UMRS == 10.00000 До P = 35.000 TP = 0.01000 RA = 0.31600 ТА = 0.13000 IS = 0.00000 C = 0.88000 JP = 0.80000 KT = 0.04600 KS = 0.02700 TIT = 0.10000 TR == 0.00100. Результати обчислень наведено в табл. 51.12, а залежно зі (0 і i (t) - на рис. 51.54.

Приклад 51.6. Мікропроцесорне управління системи ТП-Д з цифровим ПІ-регулятор - тором швидкості.

В системі ТП-Д (рис. 51.55) КТ виконаний апаратним способом на аналоговій елементній базі. КС має ПІ-регулятор, реалізований програмним способом за допомогою МП-системи. АЦП перетворює аналоговий сигнал з датчика швидкості в цифровий паралельний код. ЦАП перетворить цифровий вихідний сигнал ПІ-регулятора в аналоговий сигнал завдання на струм двигуна. Сигнали і3 (г) і і0 з (f) надходять в МП-систему через пристрої введення-виведення (УВВ2 і УВВЗ), а сигнал y "(t) надходять із МП-системи через пристрій виведення (УВВ1).

В якості МП-системи використовується контролер програмований «Електроніка МС-2702» (К1-20), виконаний на базі 8-розрядного однокристального МП КР580ИК80. У якості пристроїв введення-виведення інформації (УВВ1 - УВВЗ) використовується програмований паралельний інтерфейс КР580ВВ55.

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

10-розрядні ЦАП і АЦП дозволяють

HA

-200

-100

0 0 0,1 '~ 0,2 I,C

Рис. 51.54. Графіки перехідних процесів швидкості та струму

Та бли ца 51.12

Час, з

Швидкість, рад / с

Струм, А

ЕРС перетворювача. В

0,0000 0,0100 0.0200

0.0000 0.1124 0.8016

0.0000 29.2998 97.6118

0.0000 253.3639 317.8889

Таблиця 51.13

№ № БІС

Найменування портів

Адреса

Призначення портів

Порт А

F0

8 молодших розрядів

Задаючого сигналу

Порт В

F1

8 молодших розрядів

Датчика швидкості

Порт З

F2

2 старших розряду за

(0-3)

Дає сигналу

1

Порт З

F2

2 старших розряду дат

(4-7)

Чіка швидкості

Регістр уп

F3

Керуючий слово

Равлять

Щего сло

Ва (РУС)

2

Порт А

Порт З РУС

F4

F6 F7

8 молодших розрядів

Уп

2 старших розряду у " Керуючий слово

Масштабувати вхідну і вихідну інформацію в діапазоні 0-1023 (210), що відповідає точності вимірювання 0,1% максимального сигналу. У разі реверсивного сигналу один розряд ЦАП повинен виділятися під знак і точність знижується до 0,2%.

Адреси та призначення портів пристроїв введення-виведення наведено в табл. 51.13.

Х (t) Dt;

I

Аналогова форма ПІ-регулятора описується наступним рівнянням:

Y(T) = L<X(T) + ~ R ' 1

X(T) = И3 (f) - І0.с ((),

Де і3 (t) - необхідний вихідний сигнал об'єкта; и0 з (t) - дійсний сигнал об'єкта регулювання; до - коефіцієнт підсилення регулятора; 7j - постійна часу інтегратора. Використовуючи спрощені формули

1-Д1

Х (T) dt ■ ■

-At;

Х " + Х "_!

Х (T) dt +

МП - система

Почала

J

З

УВВ1

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 51.55. Мікропроцесорна система управління швидкісного ЕП постійного струму: а - функціональна схема, б - алгоритм роботи цифрового регулятора швидкості

Е-

МП

10 -а-

ЦАП

РТ

СІФК

FAA)

(AU)

(Порти А і В) і один полубайт (порт С). У програмі обчислення у "використовуються по два байти для зберігання інформації xm x" _j і у "- j. Коефіцієнти К, і К2 розташовані в одному байті.

Ініціалізація

Пристроїв про / б

Введення початкових умов

Коефіцієнтів

I

Вводити U3(Tl

Для зберігання вихідних даних і кінцевих результатів розрахунку ПІ-регулятора використовується область пам'яті ЗУ з адресами від 250016 - до 250 716 (в шістнадцятковому коді):

^ Кінець

Отримаємо закон ПІ-регулювання в різницевої формі:

.Уп - Уп-х + Ktx "~ К2Х"-х,

Де kt = k (1 + At/2Ti) і к2 = до (1 - At / lT ^).

Л

Вводити Uv (t)

I

X = u3a)-uvm

Т.

Обчислення уп

Т

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Г;

(10.1)

Алгоритм роботи цифрового ПІ-регулятора представлений на рис. 51.55, б. Так як ЦАП і АЦП 10-розрядні, для введення і виведення інформації використовуються один байт

Адреса

ОЗУ

Вміст

2500

Молодші розряди

Х "

2501

Старші розряди

Х "

2502

К1

2503

Молодші розряди

Уг-1

2504

Старші розряди

Уп-1

2505

Молодші розряди

Х "~,

2506

Старші розряди

Х "-1

2507

К2

Введення значень і3 (г), ио с (t) і і "(г) здійснюється побайтно. Після введення черговий інформації обчислюється х "(t) = щ (f) - uo c (t) і результат відправляється в ЗУ за адресою 2500,6 -2501,6. За допомогою підпрограми REG обчислюється уп, яка виводиться в ЦАП для перетворення в аналогову форму і заноситься в комірці ЗУ (2503 - 2504,6) на місце y "-i - Значення хп з комірок пам'яті 2500j6-250116 переміщається в комірки пам'яті 250516 -250616 на місце Далі МП-

Система готова прийняти нові значення щ (t) і мо, з (г) і провести розрахунки для чергового тимчасового інтервалу. Мінімальний часовий інтервал, а отже, і точність обробки інформації залежать від швидкодії МП і обсягу програми для обробки одного інтервалу.

Обчислення у "здійснюється підпрограмою REG відповідно до формули (10.1).

Підпрограма REG

REG: LXI Н, 2500 Занесення в Н, L адреси молодшого байта х " MOV Е, М Занесення молодшого байта х "

У регістр Е INX Н В Н, L адресу старшого байта

Х "

MOV D, М Старший байт х " в регістр D INX Н В Н, L адресу коефіцієнта Kl

MOV А, М кд в акумулятор CALL DMULT Обчислення / ЧХ " INX Н В Н, L адресу молодшого бай

Та У "-!

CALL PLUS Обчислення Y "-L + Ktx " INX Н В Н, L адресу молодшого бай

Та * "_!

MOV Е, М Молодший байт V в регістр Е

INX Н В Н, L адресу старшого

Байта х "_!

MOV D, М Старший байт х "_, в регістр D

INX Н В Н, L адресу коефіцієнта к2

MOV А, С

В до-

СМА MOV С, MOV А, СМА

MOV В, А INX В LXI Н, 2503

CALL PLUS

LHLD 2500 SHLD 2505 RET

А В

MOV А, М к2 в акумулятор

CALL DMULT Обчислення КГХ "-

Перетворення к2хп полнітельний код

В H, L адресу молодшого

Байта}> ""! Обчислення у "=> '" _ ^ + до ^ х "+

DMULT: PUSH Н

LXI Н; MVI З, 08 DAD Н RAL

JNC M2: DAD D ACI 00 DCR З JNZ Ml:

MOV C, L

MOV B, H POP H

Ml:

М2:

Пересилання х " на місце X "_I

Підпрограма множення двох чисел - двухбайтного і однобайтное

(Множене направляється в D, Е і множник в акумулятор; результат пересилається в В, С)

Запам'ятовування в стеці вмісту регістрів Н, L Скидання регістра твори Ініціалізація лічильника біт Зрушення часткової суми вліво Зрушення множника вліво Аналіз біта множника Підсумовування множимо Облік перенесення Декремент лічильника біт Множення на наступний біт

Перенесення результату перемноження З Н, L в В, С Відновлення із стека вмісту регістрів Н і L

Повернення з підпрограми

Підпрограма складання вмісту регістрів В, С з вмістом ЗУ за адресою, розташованому в Н, L

PLUS: MOV

A,

З

ADD.

M

MOV

M.

, A

MOV

A,

В

INX

H

ADC

M

MOV

M,

A

RET

Для виконання підпрограми REG при тактовій частоті 2 МГц необхідно близько 0,68 мс.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

51.1. Електротехнічний довідник. У 3-х т.

Т. 3. Кн. 2. Використання електричної енергії, - 6-е изд. М.: Енергоіздат, 1982. С. 39-121.

51.2. Див [50.5].

51.3. Див [50.10].

51.4. Єлісєєв В. А. релейного управління рухом електроприводів. М.: МЕІ, 1980. 104 с.

51.5. Блоки і панелі керування двигунами змінного струму на плитах. Каталог 08.11.08-85. ОВНІІЕМ Інформелектро.

51.6. Низьковольтні комплектні пристрої. Номенклатура Чебоксарської електроапаратного заводу. 1986.

51.7. Марголін Ш. М., Гуров А. С. Функціональні вузли схем автоматичного управління: Довідковий посібник. М.: Вища школа, 1983. 168 с.

51.8. Проектування безконтактних керуючих логічних пристроїв промислової автоматики / Г. Р. Грейнер, В. П. Ільяшенко, В. П. Май і ін М.: Енергія, 1977. 384 с.

51.9. Застосування пристроїв УБСР-ДІ в системах управління електроприводу / А. В. Бірюков, В. М. Хуторецкій, В. І. Шухер. М.: Інформелектро, 1982. 100 з.

51.10. Горчаков В. В., Кирилов А. А., Купча Я. М. Системи автоматизації та оптимізації режимів роботи металорізальних верстатів / / автом – тизированной електропривод. М.: Вища школа, 1986. С. 179 – 183.

51.11. Управління автоматичними лініями за допомогою ЕОМ / В. В. Криленко, І. Н. Міков, Л. І. Фрідман та ін М.: Машинобудування, 1983. 152 с.

51.12. Мішель Ж., Лоржо Е., Еспью Б. Програмовані контролери: Пер. з франц. А. П. Сизова. М.: Машинобудування, 1986. 176 з.

51.13. Контролер програмований типу МБ / Минприбора. Виготовлювач – Київський завод Точ – електроприлад. Київ, 1985.

51.14. Контролер програмований типу Ш910-1-2644УХЛ4. Каталог 08.60.01-84. Інформелектро, 1985. 8 с.

51.15. Див [50.3].

51.16. Єлісєєв В. А. Безперервне керування рухом електроприводів. М.: МЕІ, 1982. 100 з.

51.17. Башарін А. В., Новіков В. А., Соколовський Г. Г. Управління електроприводами. Л.: Енергоіздат, 1982. 392 з.

RET

51.18. Аналіз і синтез систем управління електроприводів постійного струму / В. В. Єлісєєв, Л. А. Ільяшенко, А. С. Лебедєв та ін; Під ред. В. А. Єлисєєва. М.: МЕІ, 1984. 84 с.

51.19. Електроприводи уніфіковані трифазні серії ЕПУ1. Каталог 08.41.11 -85. Інформ – електро 1985. 24 с.

51.20. Електроприводи однофазні постійного струму ЕПУ2. Каталог 08.41.10-85. Йнформелектро. 1985. 8 с.

51.21. Електроприводи комплектні тиристорні постійного струму. Каталог 08.30.03-84. Йнформелектро, 1984. 32 с.

51.22. Швидкодіючі електроприводи постійного струму з широтно-імпульсними перетворювачами / М. Є. Гольц, А. Б. Гудзенко, В. М. Остреров та ін М.: Вища школа, 1986. 184 с.

51.23. Див [50.8].

51.24. А. з. 1185531 СРСР. Пристрій для управління збудженням електричної машини / Н. Ф. Ільїнський, Б. М. Сарачено, В. М. Пєнкін та ін / / Відкриття. Винаходи, 1985. № 38.

51.25. Розман Я. Б., Брейтер Б. 3. Пристрій, наладка та експлуатація електроприводів металорізальних верстатів. М.: Машинобудування, 1985. 208 с.

51.26. Перельмутер В. М., Соловйов А. К.

Цифрові системи керування тиристорним електроприводом. Київ: Тих / піку, 1983. 104 с.

51.27. Цифрові електроприводи з транзисторними перетворювачами / С. Г. Герман-Галкін, В. Д. Лебедєв, Б. А. Марков, М. І. Чичерін. Л.: Вища школа, 1986. 248 с.

51.28. Тиристорні перетворювачі напруги для асинхронного електроприводу / Л. П. Петров, О. А. Андрющенко, В. І. Капінос та ін М.: Вища школа, 1986. 200 з.

51.29. Герасімяк Р. П. Динаміка асинхронних електроприводів кранових механізмів. М.: Вища школа, 1983. 168 с.

51.30. Єлісєєв В. А. Системи управління електроприводів змінного струму. М.: МЕІ, 1985. 98 с.

51.31. Тиристорні перетворювачі частоти в електроприводі / А. Я. Бернштейн, Ю. М. Гусяц – кий, А. В. Кудрявцев та ін М.: Енергія, 1980. 328 з.

51.32. Епштейн І. І. Автоматизований електропривод змінного струму. М.: Енергоіз – дат. 1982. 192 с.

51.33. Системи підпорядкованого регулювання електроприводів змінного струму з вентильними перетворювачами / 'О. В. Слежановскій, Л. X Даць – ковський, І. С. Кузнєцов та ін М.: Вища школа, 1983. 256 з.

51.34. Електропривод асинхронний глибоко – регульований комплектний. Розмір 2М-5-2. Каталог ЛК 08.18.06-82. М.: Йнформелектро, 1982. 4 с.

51.35. Електроприводи серії ЕПБ1. Каталог 08.41.12-85. Йнформелектро, 1986. 4 с.

51.36. Вейнгер А. М. Регульований синхронний електропривід. М.: Вища школа, 1985. 224 с.

51.37. Єлісєєв В. А. Цифрові системи убавленія електроприводами. М.: МЕІ, 1985. 104 с.

51.38. Стежать електроприводи / Под ред. Б. К. Чемоданова. Кн. 1, 2. М.: Енергія, 1976. 480 у.о., 384 с.

51.39. Програмне управління верстатами / В. Л. Сосонкін, О. П. Михайлов, Ю. А. Павлов та ін М.: Машинобудування, 1981. 398 з.

51.40. Верстати з числовим "програмним керуванням (спеціалізовані) / Под ред. В. А. Ле – щенко. М.: Машинобудування, 1979. 592 с.

51.41. Срібіер Л. А. циклової програмне управління обладнанням. М.: Машинобудування, 1980. 152 с.

51.42. Івоботеіко Б. А., Козаченко В. Ф. Кроковий електропривод у робототехніці. М.: МЕІ, 1984. 100 з.

51.43. Сосокін В. Л. Мікропроцесорні системи числового програмного керування верстатами. М.: Машинобудування, 1985. 288 с.

51.44. Кузовков Н. Г. Модальне керування та спостерігають пристрої. М.: Машинобудування, 1976 184 с.

51.45. Електромеханічні системи з адаптивним і модальним керуванням / Ю. А. Борцов, Н. Д. полях, В. В. Путов. Л.: Вища 1984. 216 с.

51.46. Сарбат Р. С., Беза В. Г. Опьгг експлуатації регулятора, що мінімізує втрати в асинхронному двигуні / / Електротехнічна промисловість. Електропривод. 1981. Вип. 4 (93). С. 23-24.

51.47. Балашов Є. П., Пузанков Д. В. Мікропроцесори і мікропроцесорні системи. М.: Радіо і зв'язок, 1981, 326 с.

51.48. Алексенко А. Г., Галіцин А. А., І Банников А. Д. Проектування радіоелектронної апаратури на мікропроцесорах. М.: Радіо і зв'язок, 1984. 272 с.

51.49. Крилов Е. І. Однокристальні мікро – ЕОМ серійК1814, К1820, К1816 / / Мікропроцесорні засоби та системи. 1985. № 2. С. 3-7.

51.50. Гальперін М. П. Одноплатні мікро-ЕОМ та мікроконтролери / Мікропроцесорні засоби та системи. 1984. № 2. С. 16-19.

51.51. Файнштейн В. Г., Файнштейн Е. Г. Мікропроцесорні системи керування гірісторнимі електроприводами. М.: Вища школа, 1986.

51.52. Загальскій Л. Н. Електропривод з мікропроцесорним регулятором частоти обертання / / Електротехнічна промисловість. Електропривод. 1981. Вип. 2 (81). С. 16-20.

51.53. Мікропроцесорні средетва диспетчеризації, автоматики, телемеханіки – МікроДАТ: Галузевий каталог. Серійно випускається і перспективне обладнання / / ГСП. Засоби централізованого контролю та регулювання. М.: ЦНІІТЕІ приладобудування. 1984. Вип. 5. 80 с.

51.54. Програмні контролери зарубіжних фірмЕІ / / Автоматизовані системи управління. М.: ЦНІІТЕІ приладобудування. 1986. Вип. 2, 6, 9. 15 с, 9 с.

51.55. Гнучкі виробничі комплекси /

B. А. Лещенко, В. М. Кисельов, Д. А. Купріянов та ін М.: Машинобудування, 1984. 384 с.

51.56. Теорія автоматичного управління / Под ред. А. В. Нетушил. М.: Вища школа. Ч. 1, 1968. 424 з. Ч. 2, 1972. 432 з.

51.57. Електроприводи постійного струму для верстатів, роботів та інших промислових механіз – мов / Н. В. Донський, А. Г. Іванов, В. М. Нікітін та ін / / Електротехніка. 1988. № 2. С. 5 – 10.

51.58. Транзисторний електропривод на базі сін-'хроно двигунів з порушенням від постійних магнітів для верстатів та промислових роботів / А. Д. Поздєєв, В. В. Горчаков, Н. В. Донський та ін / / Там же. С. 10-14.

51.59. Тиристорні електроприводи серії ЕТС1 з синхронними двигунами / В. В. Горчаков, М. І. Альтшуллер, А. А. Сушенцов та ін / / Там же.

C. 14-17.

51.60. Перельмутер В. М., Сидоренко В. А.

Системи управління тиристорними електроприводами постійного струму. М.: Вища школа, 1988. 304 з.

51.61. Комплексні тиристорні електроприводи: Довідник / І. X. Євзеров, А. С. Горобець, Б. І. Мошкович та ін М.: Вища. 1988.

52.1. Склад загальнопромислових механізмів ….

52.2. Механізми циклічної дії. Загальні відомості (118). Визначення статичних навантажень для підйомних пристроїв (119). Визначення статичний-

- ських навантажень для механізмів горизонтального пересування вантажу (120). Вплив динамічних навантажень (121). Особливості механізмів, що впливають на вибір їх електроприводів (125). Вимоги до механічних характеристиках електроприводів (126)

52.3. Крановий електропривод. Загальні особливості (127). Вимоги до електроприводу (127). Системи електроприводів (128)

118

52.4. Електропривод ліфтів. Особливості схем управління (130). Вимоги до електроприводу (131). Системи електроприводів (131)

52.5. Електропривод Екскаваторів …. 133

52.6. Електропривод конвеєрів. Загальні відомості (134). Визначення статичних навантажень (135). Тяговий розрахунок конвеєра (135). Багатодвигунний електропривод конвеєрів (137). Вплив динамічних навантажень (137). Вимоги до електроприводів (138). Системи електроприводів (139)

52.7. Електропривод насосів, вентиляторів, компресорів. Загальні відомості (141). Характеристики машин для подачі рідин і газів (142). Механічні характеристики (145). Особливості машин для подачі рідин 'і газів, що визначають вимоги до електроприводу (146). Системи електроприводів (147)

Розділ 52

ЕЛЕКТРОПРИВОД загальнопромислового МЕХАНІЗМІВ

ЗМІСТ

Список літератури ………………………………………… ……………. 150

52.1. СКЛАД загальнопромислового МЕХАНІЗМІВ

До загальнопромисловим механізмам відносять великий клас робочих машин, які застосовуються в найрізноманітніших галузях народного господарства: у промисловості, сільськогосподарському виробництві, на транспорті, в будівництві. У більшості випадків ці механізми обслуговують основне виробництво різних галузей.

Загальнопромислові механізми містять наступні установки:

Більшу частину підйомно-транспортних машин (підйомно-транспортні машини – машини, призначені для переміщення вантажів і людей на відносно невеликі відстані): підйомні крани, різні підйомники (в тому числі ліфтові) і конвеєри;

Частьвиемочно-навантажувальних машин: одноковшеві і багатоковшеві (роторні) екскаватори;

Машини для транспортування рідин і газів і стиснення газів: насоси, вентилятори, компресори.

За характером роботи загальнопромислові механізми підрозділяються на дві великі групи:

Періодичного (циклічного) дії (крани, підйомники періодичної дії, екскаватори);

Безперервної дії (конвеєри, насоси, вентилятори, компресори).

Загальнопромислові механізми мають масове поширення. Для їх електроприводів (ЕП) використовується приблизно 70 – 75% випущених АТ і більше 25% вироблюваної в народному господарстві електроенергії.

Для механізмів розглянутого класу застосовуються практично всі існуючі види ЕП змінного і постійного струму. Однак у більшості випадків для механізмів кранів, ліфтів, насосів, вентиляторів, конвеєрів використовуються такі асинхронні ЕП, які внаслідок їх масовості повинні мати мінімальні вартість і масогабаритні показники, можливо більш просте схемне і конструктивне виконання і високу експлуатаційну надійність.

52.2. МЕХАНІЗМИ циклічної дії

Загальні відомості

Підйомний кран являє собою вантажопідйомну машину, що працює з повторюваними циклами і призначену для переміщення вантажів у просторі. За конструктивними ознаками розрізняють мостові крани, мостові перевантажувачі, баштові, портальні, козлові, кабельні та інші типи кранів. Крани містять механізми підйому та механізми горизонтального переміщення вантажів (візок, міст, механізми повороту і т. д.).

Підйомник є вантажопідйомної машиною, що служить для підйому і спуску людей або вантажів у спеціальних підйомних посудинах, які рухаються по жорстким вертикальним (або похилим) направляють. Переважне поширення набули канатні підйомники, в яких підйомні посудини підвішуються на металевих канатах, що огинають канатоведучих шківів або навивається на барабан. До витягів циклічної дії відносять ліфти, шахтні підйомники (клітьового і скіпові) та ін

Екскаватор – основний тип виїмкових-по – грузочних машин, що застосовуються для виробництва земляних робіт і для видобування корисних копалин при відкритій розробці родовищ. За допомогою робочого органу екскаватора (ковша) здійснюється копання грунтів або гірських порід. До екскаваторів з циклічним характером роботи відносять одноковшові екскаватори з різним робочим устаткуванням: екскаватор – лопата, у якого ківш має жорстке зчленування зі стрілою, і екскаватор-драглайн, у якого ківш підвішений на канатах.

Визначення статичних навантажень для підйомних пристроїв

На рис. 52.1 наведені розрахункові схеми підйомних пристроїв: механізмів підйому крана, шахтного підйомника з двома підйомними посудинами і ліфтового підйомника.

Момент опору для кожного з цих пристроїв при роботі приводний електричної машини в руховому або гальмівному режимі визначається відповідно наступними формулами:

Мс = FcD/2iMT]

Мс – FcDi) / 2IM,

Де Fc – статичне зусилля на колі діаметром D (барабана на рис. 52.1, а і б або канатотягового шківа на рис. 52.1, в), рівне натягнення каната на рис. 52.1, про або різниці натягів піднімається і опускається гілок каната на рис. 52.1,6 і е; iM – передавальне відношення підйомного механізму, рівне відношенню кутових швидкостей приводного двигуна і барабана (або канатів-

Ш

,По8'-

Ж

Слусн 'Тор'

Вже

VHOU

Мс

Мс

А)

Ж

УУ / Л 'Спуск' 'Тор? У ^ озу

6)

Рис. 52.2. Області зміни моментів опору при транспортуванні різних вантажів:

А і б – для механізму підйому крана відповідно з легким і важким вантажозахоплювальним органом; е – для ліфтового підйомника

Ведучого шківа); ц – ККД підйомного механізму.

Момент опору можна представити у вигляді

Мс = МТР + Мг,

Де Мтр – реактивний момент, створюваний силами тертя підйомного пристрою; Мг – активний момент, створюваний вагою переміщуваного вантажу і не залежний від тертя.

На рис. 52.2 показані області зміни Мс для механізму підйому крана (рис. 52.2, про і б) і ліфтового підйомника (рис. 52.2, в) при зміні ваги вантажу Gr від нуля до номінального Gr> H0M.

НШ

ПІ ПК

0о * 0г еа * ег

А)

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 52.1. Розрахункові схеми підйомних пристроїв:

А – для механізму підйому крана; б – для підйомника з двома підйомними посудинами; в – для ліфта; Б - барабан; ПК і КК – Підйомний і врівноважує канати; До – Гнучкий кабель; НШ і КВШ – Направляючий і канатоведучий шківи

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

'Піднесення,

V / AV /,

Ш

Лод'-

У / 4 '

Для механізмів підйому кранів у разі легкого вантажозахоплювального органа (рис. 52.2, а) Мс при спуску вантажів змінюється від негативних значень, коли вага вантажу невеликий («силовий спуск»), до позитивних при спуску більш важких вантажів, коли знак Мс при спуску такий само, як і при підйомі («гальмівний спуск»). Коли вантажозахоплювальний орган порівняно важкий (грейфер, ківш екскаватора), при зміні ваги вантажу від нуля до номінального має місце тільки гальмівної спуск, як показано на рис. 52.2,6. При розрахунках тертя в механізмі підйому враховують за допомогою ККД. У цьому випадку

Fc = G0 + Gr,

Де G0 – вага вантажозахоплювального органа.

Значення ККД т] п при підйомі вантажу, відмінного від номінального, може бути визначене з графіків на рис. 52.3, а при спуску – за формулою [52.2]

Т] з = 2 – 1 / т] п.

Для шахтних підйомників у випадку двох підйомних посудин і циліндричних барабанів (див. рис. 52.1,6)

Fc = Kfir 4 – (<JT - qy) (H – 2x),

Де qT і qy – вага 1 м підйомного (тягового) і врівноважує канатів; Н і х – глибина шахти і поточне відстань підйомної посудини вагою G0 з вантажем Gr від початкової точки руху (рис. 52.1,6); кш – коефіцієнт, що враховує шкідливі опору в шахті підйомника, при розрахунках приймається кш = 1,2 для клітей, кш = 1,15 для скіпів і Аш = 1,1 для багатоканатних установок [52,9].

У разі однососудних підйомних установок з противагою

Fc = КшСг + G0 - Gnp + (QT - qy) (H - 2x),

Де G "і Gnp – вага підйомної посудини (скіпа або кліті) й противаги.

Використання зрівноважувальних канатів для підйомників дозволяє зменшити потужність їх приводного електродвигуна. Дослідження шахтних підйомників показують, що якщо вага підйомних канатів більше половини ваги корисного вантажу і врівноважує канат відсутній, то потужність електродвигуна зростає більш ніж на 15%, а ККД підйомника зменшується більш ніж на 10%. Для двухсосудних шахтних підйомників врівноважують канати не застосовують при глибині підйому менше 450 – 500 м, а для підйомників з противагою – при глибині шахти менш 250-300 м [52.9].

Для ліфтових підйомників при використанні поширеною розрахункової схеми, показаної на рис. 52.1, в, ККД редуктора для розрахункових завантажень кабіни визначається по кривих, аналогічним наведеним на рис. 52.3, a Fc знаходиться за допомогою виразу

Fc – Gr + G0 – Gnp + (<JT – qy) (H – 2x) +

, 1 ^ з

+ увкаб * ± Fш,

Де Gr, G0 і Gnp – вага корисного вантажу в кабіні, кабіни і противаги; дка6 – вага 1 м гнучкого кабелю; Fm – сила опору шахти.

Зазвичай

Gnp = Go + (0,4 – = – 0,6) Gr іом,

Де Gri "oM – номінальний вага вантажу для ліфтової установки.

Згідно [52.9] при роботі ліфтів з черевиками ковзання можна розраховувати шкідливі сили опору Fm як 10% корисного вантажу, а при роликових черевиках – 2%.

Для зменшення потужності приводного електродвигуна використовують врівноважують канати або ланцюги. У ліфтових установках статичне зрівноважування застосовують тоді, коли вага канатів перевищує 0.1СГ ІОМ, що звичайно має місце при висоті підйому більше 45 м [52.9].

Визначення статичних навантажень для механізмів горизонтального пересування вантажу

Для механізмів пересування з приводними колесами (візки і мости мостових кранів і т. д.) сила статичного опору пересуванню на рейковому шляху

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1Ft

Рис. 52.3. ККД механізму при різних завантаженнях:

Т | ном – номінальний ККД; G, ном – номінальний вага вантажу

Ч

0,8

0,6 OA

0,2

Fc = FTp + Fy + FB,

Де

F _ t (GM + О,) (/ "+ Мц / 2) ТР Р DK / 2

- Сила опору від тертя кочення колеса по рейці і тертя ковзання в опорах колеса; GM – вага механізму; / к = 0,0003 – т – н 0,0015 м – коефіцієнт (плече) тертя кочення; | ic = 0,06 – г – 0,12 – коефіцієнт тертя ковзання; Dr і du – діаметри колеса і його цапфи; кр = 1,2 – = – 2,5 – коефіцієнт, що враховує тертя реборд ходових коліс об рейки; Fy = (GM + Gr) sina – сила опору пересуванню від ухилу колії на кут а; FB = pBsB – сила вітрового навантаження, обумовлена питомої вітрової навантаженням рв, що впливає на розрахункову площу sB, на яку діє тиск вітру під кутом 90 ° [52.2].

Перед Fy знак «+» береться при русі на підйом, знак «-» – при спуску під ухил, а перед FB знак «+» – при русі проти вітру, знак «-» – при русі по вітру.

Момент опору механізму, приведений до валу двигуна, визначається за формулами:

При руховому режимі роботи приводний електричної машини

Мс = FcDJ2iMriM;

При генераторному режимі

Мс = FCDK riM/2iM,

Де iM і Г | м – передавальне відношення і ККД редуктора механізму.

На рис. 52.4, а і 6 для механізмів пересування крана наведені області зміни моментів опору при пересуванні вантажів і обліку тільки сил тертя. Ці області для різних напрямків руху симетричні одна одній щодо початку координат. Якщо враховувати зумовлені ухилом і вітром активні складові Мс, то зазначені області для різних напрямків руху можуть відрізнятися один від одного.

Для механізмів пересування з канатної або ланцюгової тягою, а також для механізмів повороту моменти опору можна розрахувати згідно [52.2].

Для механізмів повороту без урахування ухилу і вітру області зміни Мс при різних по масі вантажах мають вигляд, аналогічний областям на рис. 52.4,6.

При наближених практичних розрахунках згідно [52.6] для механізмів пересування моста або візка крана без урахування ухилу і вітру можна виходити з того, що сила опору руху в розрахунку на 1 т переміщуваної конструкції дорівнює 80 Н (при коченні коліс по рейках і підшипниках кочення, а також нормальному стані підкранової колії), а для механізму повороту 65 Н.

Вплив динамічних навантажень

Механізми вантажопідіймальних машин містять зазори, пружні передачі (вали, канати) і різні інерційні маси (муфти, зубчасті колеса і т. д.), які взаємодіють між собою в сталих і перехідних режимах. Принципово такі механізми являють собою динамічні системи високого порядку. Проте дослідження показують, що реальні системи можна привести до спрощених розрахунковим динамічним схемами. У більшості випадків реальні багатомасових системи допустимо замінювати розрахунковими системами з двома – трьома масами.

Механізми підйому часто представляються у вигляді двухмассовой системи (рис. 52.5, а і б), в якій маса т1 вантажу з'єднана пружною зв'язком, яка характеризується коефіцієнтом жорсткості с, з масою т2 механізму. Маса т2 пропорційна моменту інерції обертових мас ЕП (ротор двигуна, редуктор, барабан). Показаний на рис. 52.5, б розрахунковий зазор Дс відображає слабину каната підйомного механізму. Жорсткість пружного зв'язку визна-

Ш,

1

OJ

I

1

0

Мс

I

0

МС

I

А)

Б)

Рис. 52.4. Області зміни моментів опору (при обліку тільки сил тертя) при пересуванні різних за масою вантажів: а – для візка; 6-для мосту мостового крана

Cjj mi С, 2 т1

Дс CFwv-O-wvMD

I 6)

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 52.5. Розрахункові динамічні схеми підйомних пристроїв: А – для механізму підйому при відсутності слабини канатів; б – те ж при наявності слабини; е – для підйомника

Л »

Укі 6ЛааЖЙ

А)

Рис. 52.6. Розрахункові динамічні схеми для механізмів горизонтального пересування вантажів:

І – з одного пружністю, б – з одного пружністю і зазором; в – з гнучкою підвіскою вантажу

Ляется жорсткістю конструкції моста і жорсткістю підйомного каната [52.5].

Різні розрахункові схеми підйомників наведені в [52.9]. Одна з цих схем показана на рис. 52.5, в. На цій схемі позначено: тг і т3 – маси, пов'язані з піднімається і опускається гілками каната з коефіцієнтами жорсткості с12 і с23; т2 – приведена маса обертових частин механізму, що включають барабан або канат – ведучий шків, редуктор, ротор двигуна і т. д.

Для механізмів пересування і повороту розрахункові схеми чаші всього представляються у вигляді двох-трьохмасовою систем [52.7]. На рис. 52.6, а і б представлені двомасових варіанти розрахункових схем, причому в схемі рис. 52.6,6 показаний кутовий зазор Д6. Для механізму пересування і J2 – відповідно наведені моменти інерції обертових і поступально рухомих частин механізму, а з – загальний коефіцієнт жорсткості, що враховує вали і пружні муфти [52.2]. Для механізму повороту J1 – приведений момент інерції поворотної частини механізму; J2 – приведена маса вантажу і металевої конструкції, до якої підвішений вантаж; з – еквівалентний коефіцієнт жорсткості металевої конструкції механізму.

Наведені на рис. 52.6, а і б розрахункові схеми не враховують явище розгойдування підвішеного до механізму пересування вантажу, що справедливо при жорсткій підвісці вантажу або у випадку, коли вантаж високо піднятий, так що жорсткість канатної зв'язку виявляється досить високою.

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

6)

На рис. 52.6, в показана двомасових розрахункова схема для візка масою гщ (значення т? Враховує і момент інерції двигуна) з підвішеним до неї за допомогою каната довжиною I вантажем масою mr. Ця схема найчастіше використовується для аналізу коливань підвішеного на канаті вантажу.

Трьохмасовою розрахункова схема механізму пересування має такий же вигляд, як на рис. 52.5, тобто Її використовують для аналізу механізмів візки з канатною тягою, а також пересування з урахуванням кінцевої жорсткості металоконструкції механізму і коливань підвішеного на канаті вантажу [52.7]. Для механізму пересування в схемі рис. 52.5, в т1 – маса вантажу; т2 – маса візка; т3 – приведена маса обертових частин механізму (враховує момент інерції двигуна); з12 – приведена жорсткість каната, що враховує коливання вантажу, Н / м:

С12 = Gmr /L = GT /L,

Де д – прискорення вільного падіння; I – довжина каната; с23 – жорсткість механізму, що враховує жорсткість тягових канатів для візка з канатною тягою або наведену жорсткість металоконструкції механізму.

Важливою кількісною характеристикою ЕП є його момент інерції. Для розглянутих ЕП ставлення Jz / JaB, де – повний момент інерції ЕП, приведений до валу приводного двигуна; JaB – момент інерції ротора двигуна, орієнтовно знаходиться в наступних межах:

Для механізмів підйому ……………………………………….. . 1,1 – 1,5

Для підйомників ………………………………………… …………….. 2 – 10

Для механізмів пересування візка 5-20 для механізмів пересування мостів,

I С (Mt + т2) Механізмів

Підйому

Кранів, механізмів повороту. . . .20 – 100

Якщо прийняти, що конструкція механізму підйому абсолютно жорстка, і врахувати тільки жорсткість каната, то для розрахункової схеми рис. 52.5, а частота власних коливань виражається у вигляді

/ О – х-2я

Оскільки для т2 е> т1у то

Mi

/ О <

2п

Жорсткість з каната визначається його довжиною, перетином і пропорційна масі номінального вантажу. При цьому для маси вантажів, близькою до номінальної, справедлива наступна наближена формула:

/ О »ю / 1 /». де I – довжина каната, м.

Відповідно до цієї формули для механізмів підйому кранів можна прийняти / 0я1-г5 Гц; для механізмів підйому потужних екскаваторів / 0 «0,3 – = -1 Гц [52.11], а для їх механізмів повороту / 0 ss 2 – н 3 Гц . Для портальних кранів частота власних коливань їх стріл в горизонтальній площині лежить в межах 0,5-5 Гц.

/ О =

Найменша частота / 0 власних коливань виходить для процесу розгойдування вантажу з нерухомою точкою підвісу каната:

М

Vi '

При 1 = 100 – г 5 м / 0 = 0,05 н – 0,22 Гц.

Mj

Gr

М,

При підйомі «з ваги», тобто коли на початку підйому натяг каната дорівнює вазі вантажу Gr, а початкові швидкості руху мас mi і т2 (див. рис. 52.5, а) рівні між собою, і в разі постійності моменту М " приводного двигуна коефіцієнт динамічності, під яким розуміють відношення максимального навантаження пружного зв'язку до навантаження в ній у стаціонарному напруженому стані,

М " – Мс

= 1 + 2 -

Mj + т2

Де Smax – найбільша сила натягу каната; Мс – момент опору механізму підйому, пропорційний вазі вантажу Gr і приведений до валу двигуна.

При Мп до 2мс і умови, що найбільші відносини мас т1 і (mi + т2) не перевищують 0,1-0,2,

КД ж 1,2 – 1,4.

Отже, коефіцієнт динамічності для механізмів підйому слабкий, звідки випливає важливий для проектування електроприводу висновок:, при перехідних процесах підйому «з ваги» цілком прийнятним для практики є формування постійного в часі моменту приводного двигуна механізму.

При підйомі «з підхопленням» (під яким розуміється підйом при наявності слабини в канаті-см. Рис. 52.5,6) у разі постійності моменту двигуна і при обліку справедливого для механізмів підйому нерівності т2

З

І __ ^ Тах

КД -

Коефіцієнт динамічності представляється у вигляді

. . 1/cm! = 1 + А «0 * -, (jr Ог

Де Дв0 = i> 2 (0) – Hi (0) – різниця швидкостей по закінченні вибору слабини каната (тут v2 – швидкість верхній частині каната, пов'язаної з барабаном механізму підіймання; vt – швидкість нижній частині каната, пов'язаної з вантажем, що підіймається).

Таким чином, для зменшення коефіцієнта динамічності необхідно забезпечити вибір слабини каната при невеликому значенні Д «0, що найбільш доцільно здійснити засобами електропривода. Для забезпечення вибору слабини каната при малій швидкості можна створити жорстку механічну характеристику приводного двигуна при його знижених кутових швидкостях або створити порівняно м'яку (наприклад, реостатні) характеристику, пусковий момент на якій дорівнює приблизно (0,7 – н 0,85) MCiHOM, де мс, ном – момент опору при підйомі номінального вантажу.

/ САі0У

С10МП) '

1 +

М ",

При пуску механізмів пересування або повороту при наявності зазору (рис. 52.6,6) і в разі постійності моменту М "приводного двигуна, а також з урахуванням того, що для цих механізмів момент інерції ротора двигуна звичайно становить невелику частку загального моменту інерції ЕП, коефіцієнт динамічності можна записати наступним чином:

■ = Муптах = ^ +

Мп

- найбільше значення моменту

Де ш унтах

За =

У пружному елементі; с – коефіцієнт жорсткості пружного елемента; Дсо0 – різниця швидкостей інерційних мас Jt і J2 в момент вибору зазорів;

C (/ i + J2)

Ji / 2

- Частота власних коливань механічної системи.

Отже, для зменшення коефіцієнта динамічності доцільно зменшувати початкову різниця швидкостей інерційних мас. Для цього, так само як і для механізмів підйому, необхідно мати жорстку механічну характеристику приводного двигуна при малих його швидкостях або здійснити вибір зазорів при знижених прискореннях двигуна, як це прийнято в ЕП екскаваторів. У випадках великих початкових зазорів і значних Дш0 може мати місце багатократне освіту зазорів.

Коефіцієнт динамічності у інерційних механізмів (пересування або повороту) більше, ніж у малоінерційних механізмів (підйому), навіть за відсутності зазорів у механічних передачах. Для зменшення ка доцільно момент приводного двигуна такого механізму при перехідних процесах змінювати плавно в часі.

4 / _ £

1 з

1 +

Великі динамічні навантаження виникають при стопоріння механізмів. Аналіз цього процесу особливо важливий у тих випадках, коли він відбувається часто, наприклад в копають механізмах екскаваторів (механізми підйому, напору, тяги), де при раптової зустрічі ковша з валуном або ділянкою невзорвавшихся скелі ківш зупиняється практично миттєво (за час менше 0,1 з (див. [52.12]). Для розрахунку процесу стопоріння використовують приведену на рис. 52.6, а розрахункову схему, в якій лівий кінець пружного елемента защемлений, тобто приймають J2 = оо. За умови постійності моменту приводного двигуна в процесі стопоріння коефіцієнт динамічності представляється у вигляді

Ь __ МУП тах

Мг-

Кд -

МС1

Де Муптах – максимальне значення моменту в пружного зв'язку (пропорційне найбільшому натягу підйомного каната механізму); Мстоп – стопорне значення моменту двигуна; сонач – початкова кутова швидкість двигуна при стопоріння.

При заданій робочій швидкості копання і заданому коефіцієнті з жорсткості ме-"ханізма коефіцієнт динамічності може бути зменшений шляхом зниження приведеного сумарного моменту інерції, основну частку в якому становить момент інерції двигуна. Тож для копають механізмів прагнуть використовувати безредукторним ЕП з тихохідними двигунами або редуктори з невеликим передавальним відношенням. Практично для приводів підйому і напору екскаваторів-лопат кя = 1,6 – f – 2,8, а для привода тяги екскаваторів-драглайнов кд = 2 н – 4 [52.11, 52.12].

Dv

0;

-(M – Mc) = 0,

Для аналізу коливань вантажу щодо положення рівноваги зазвичай використовується розрахункова схема рис. 52.6, в, рівняння якої при малих кутах відхилення вантажу мають вигляд

D х0 2 Dt dt2

Dvr mr,

———– Afhx0 -

At

PmT

Де vT – швидкість візка; M – момент приводного двигуна; р – радіус приведення швидкості візка до валу двигуна; ш0г – I/в/1 – кутова частота власних коливань вантажу.

При розгоні і гальмуванні візка (так само як і іншого механізму горизонтального пересування) принципово завжди виникають коливання вантажу щодо свого положення рівноваги. Для обмеження амплітуди і часу цих коливань використовують різні способи:

А) способи, засновані на ручному управлінні і полягають у тому, що кранівник певним чином маневрує механізмами крана. Досвідчені кранівники гасять коливання вантажу, керуючи двигуном в певній послідовності таким чином: при розгоні здійснюють операції пуск – гальмування – пуск, а при гальмуванні – операції гальмування – пуск – гальмування. При ручному управлінні система ЕП може бути порівняно простий, однак робота кранівника виявляється в цих випадках інтенсивної і напруженої, а сам кранівник повинен бути достатньо досвідченим;

Б) механічні, засновані на створенні додаткових пристроїв, що ускладнюють конструкцію кранів і не пов'язаних з ЕП (додаткові відтяжні канати з рухомим противагою усередині стріли, широкий рознос блоків у вузлах підвіски вантажу і т. д.-см. [52.7]);

В) електричні, засновані на використанні автоматизованого ЕП із спеціальними властивостями, що забезпечують автоматичне заспокоєння коливань вантажу. При цьому кранівник дає лише початковий командний імпульс, а подальший рух візка автоматично формується системою управління ЕП. Електричні способи в свою чергу можна розділити на дві групи: автоматичне керування коливаннями вантажу з ненульовими, тобто довільними, відхиленнями вантажу на початку перехідного процесу і з нульовими початковими відхиленнями вантажу.

Один із способів забезпечення автоматичного заспокоєння коливань вантажу при нульових початкових відхиленнях полягає в наступному. При перехідних процесах забезпечують рух візка з постійним прискоренням (рис. 52.7, а), причому час зміни швидкості від початкової до кінцевої вибирають рівним періоду власних коливань вантажу:

Те, = 2к) / У д.

Інший спосіб полягає в тому, • що забезпечують рух візка при її перехідних процесах в три етапи (рис. 52.7,6): на першому етапі формують рух з постійним прискоренням і змінюють швидкість візка від початкової до середньої між початковою та

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 52.7. Залежності швидкості vT візки і відхилення х0 вантажу від часу (для розрахункової схеми рис. 52.6, в) для випадків пуску візка при одноступенчатом (а) і двухступенчатом (б) законах зміни швидкості

Кінцевою швидкостями, на другому забезпечують рівномірний рух візка, причому загальний час першого та другого етапів вибирають рівним Тог / 2, як показано на рис. 52.7,6, а. на третьому знову формують рух з постійним прискоренням і змінюють швидкість візка до заданого кінцевого значення.

Для здійснення таких способів необхідно мати датчик довжини / підвішування канату та визначати значення Т0г. На вхід системи ЕП має бути поданий сигнал завдання, зміна якого в часі пропорційно необхідної залежності ь (t) (рис. 52.7, а і б). При цьому система ЕП повинна володіти наступним властивістю: швидкість візка повинна з невеликою динамічної похибкою змінюватися у часі, так само як і вхідний сигнал. Такими властивостями володіють системи з двигунами постійного або змінного струму з послідовною корекцією і підлеглим регулюванням параметрів.

Практично для всіх розглянутих механізмів потрібно точна зупинка робочого органу (точна посадка вантажу, точна зупинка підйомних посудин у підйомників, точна установка вантажів механізмами пересування і т. д.). Для досягнення необхідної точності зупинки часто використовується попереднє зниження швидкості робочих органів механізмів. В [52.3, 52.4] наведені формули для розрахунку параметрів механічних характеристик, що забезпечують знижену швидкість рухів механізмів.

Особливості механізмів, що впливають на вибір їх електроприводів

Особливості статичних і динамічних навантажень розглянутого класу механізмів визначають вибір систем ЕП і вимоги

До них. Основні з цих особливостей наступні:

1. Широкий діапазон зміни моментів опору.

2. Необхідність реверсування.

3. Обмеження моменту в елементах механізмів.

4. Забезпечення роботи на зниженій швидкості (реалізується шляхом формування механічних характеристик для зниженій швидкості).

5. Обмеження прискорень:

А) при виборі зазорів у передачах або при виборі слабини канатів для зменшення швидкості в момент замикання всієї механічної системи;

Б) для зменшення амплітуди коливань вантажу, переміщуваного краном на гнучкому підвісі;

В) для забезпечення необхідного характеру роботи механізмів (наприклад, прискорення кабіни ліфтів має бути обмежена значенням 2 м/с2 за умовами «комфортності», обумовленим необхідністю забезпечення нормального самопочуття перевозяться в кабіні пасажирів);

Г) за умовами забезпечення надійного зчеплення коліс механізмів пересування з рейками [52.1];

Д) за умовами забезпечення надійного зчеплення канатів із шківами тертя в підйомниках [52.9];

Е) для виключення труднощів при керуванні механізмами, наприклад екскаватором [52.12].

6. Формування перехідних процесів, виходячи з допустимих прискорень і моментів і забезпечення максимальної продуктивності роботи механізмів.

Середні значення прискорень, м/с2, для механізмів кранів наступні:

Механізми підйому, що здійснюють монтажні операції і працюють з

TOC o "1-3" hz рідким металом …………………………………. ……. 0,1

Механізми підіймання кранів механоскладальних цехів 0,2

Механізми підйому кранів металургійних цехів 0,5

Механізми підйому, перенавантажуючі сипучі вантажі 0,8

Механізми пересування мостових перевантажувачів 0,05

Механізми пересування кранів та візків, що транспортують рідкий метал,

Козлових кранів ………………………………………… 0,1

Механізми пересування монтажних кранів та їх візків при гнучкій (жорсткої)

Підвісці вантажу ……………………………………….. 0,2 (0,3)

Грейферні візки мостових перевантажувачів 0,8

Механізми обертання кранів ………………………… 0,6

Максимальні значення прискорень для підйомників:

Ліфти пасажирські (крім лікарняних) …….. 2

Ліфти лікарняні ………………………….. 1

Шахтні підйомники клітьові. . .0,6-0,75 Шахтні підйомники скіпові. . .0,8 – 1,2

Для ліфтів, крім того, обмежується похідна прискорення (ривок) в межах 3-10 м/с3.

Середній час перехідних процесів для механізмів підйому становить 1-2 с, а для механізмів пересування і повороту 4-10 с.

Вимоги до механічних характеристик електроприводів

Бажані механічні характеристики для механізмів підйому наведено на рис. 52.8. Характеристика 1п використовується для підйому вантажів із зниженою швидкістю і призначена для вибору слабини канатів і точної установки вантажу при деяких монтажних операціях. Характеристики 2п і Зп служать для підйому вантажів з проміжною і номінальною швидкостями. Характеристика 4п потрібно для підйому малих вантажів з підвищеною швидкістю з метою підвищення продуктивності роботи кранів, зокрема шляхом підйому порожнього вантажозахоплювального органу (наприклад, гака) зі швидкістю, приблизно в 2 рази перевищує номінальну.

Характеристика 1с служить для спуску вантажів з малою швидкістю, що потрібно для точної установки вантажу при його узвозі. Характеристики 2с і Зс використовуються для спуску вантажів з проміжною і номінальною швидкостями, а характеристика 4с – для спуску легких вантажів з підвищеною швидкістю, що, як і у випадку підйому, целесооб

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

-ган

Рис. 52.8. Бажані механічні характеристики для механізмів підйому

Різно за умовами підвищення продуктивності роботи кранів.

Показані на рис. 52.8 вертикальні ділянки характеристик потрібні для обмеження моментів і прискорень при пусках і гальмуваннях механізму.

На рис. 52.8 показана характеристика 0, яка зазвичай ре використовується в кранових механізмах, але широко використовується для механізмів екскаваторів. У екскаваторах гальмування обьіно здійснюється електродвигуном, а гальма застосовуються для аварійного гальмування. При цьому використовується механічна характеристика 0 (так звана характеристика «утримання ковша»), що забезпечує малу швидкість руху ковша, яка потрібна для маневрових і допоміжних операцій.

Слід зазначити, що сімейство характеристик, представлених на рис. 52.8, можна отримати при використанні порівняно складних систем ЕП. Для підйомників зазвичай не потрібні механічні характеристики типу 4п, 2п, 0, 2 з і 4с. У ЕП підйомників використовуються показані на рис. 52.8 жирними лініями характеристики Зп і Зс (для підйому і спуску вантажів з номінальною швидкістю), а також 1п і 1с (для отримання так званої «ревізійної швидкості» і забезпечення точної зупинки піднімальних посудин біля заданого рівня). Однак на відміну від характеристик, показаних на рис. 52.8, для підйому і спуску в підйомниках формуються однакові характеристики, що пояснюється приблизно однаковими значеннями моментів опору при підйомі і спуску вантажів (див. рис. 52.2, е).

Для механізмів пересування і повороту потрібні зображені на рис. 52.9-механічні характеристики. Механічні характеристики ЕП однакові для обох напрямів руху механізмів, що визначається однаковими моментами опору при

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 52.9. Бажані механічні характеристики для механізмів пересування і повороту

Різних знаках швидкості. Характеристики 1 і I потрібні для вибору зазорів у передачах механізмів і забезпечення точної їх зупинки, характеристики 2 і II є проміжними, а характеристики 3 і III служать для руху механізмів з номінальною швидкістю.

У ЕП підйомників і екскаваторів зниження швидкості зазвичай отримують шляхом формування спеціальних механічних характеристик (див. рис. 52.8 і 52.9). Для кранових механізмів часто застосовують асинхронні ЕП з реостатним регулюванням, які не забезпечують характеристик виду 1 на рис. 52.8 і 52.9. ■

52.3. Кранові електропривод Загальні особливості

Для електроприводу кранових механізмів випускаються спеціальні двигуни постійного струму (ДПС) серії Д і АТ (серії MTF і МТН). Найбільш широко використовуються АТ, які складають до 90% загального числа двигунів, а з урахуванням двигунів некранового призначення (на електроталях) число АТ перевищує 95% [52.8].

У крановому ЕП використовують електродвигуни наступних типів:

1) АД з фазним ротором, з коротко – замкнутим ротором, а також багатошвидкісні (з двома або трьома обмотками статора із співвідношенням полюсів до 6:1);

2) ДПТ з послідовним або незалежним збудженням.

За способом управління кранові ЕП поділяються на три групи:

1) з управлінням від силових кулачкових контролерів (при потужності двигунів до 30 кВт), коли процес управління, включаючи вибір прискорень, здійснюється самим оператором;

2) з керуванням від кнопкових постів; при цьому можливості керування обмежені схемними особливостями поста;

3) з керуванням від складних комплектних пристроїв – магнітних контролерів (з використанням перетворювача електроенергії або без нього); в цьому випадку оператор за допомогою командоконтролера тільки вибирає необхідні швидкості, а перехідні процеси і проміжні перемикання здійснюються автоматично.

Вимоги до електроприводу

Основні вимоги до кранових ЕП обумовлені описаними в § 52.2 особливостями статичних і динамічних навантажень і полягають у наступному:

1) регулювання швидкості та моменту двигунів відповідно до певним набором механічних характеристик (див. рис. 52.8 і 52.9);

2) обмеження динамічних навантажень в елементах механічної частини електроприводу (прискорень і моментів);

3) підвищена надійність і безпеку роботи кранових установок. Для захисту ЕП кранових механізмів використовують спеціальні комплектні пристрої – захисні панелі [528], які здійснюють максимальну, нульову та кінцеву захисту, а також нульову блокування;

4) використання по можливості максимально простих схем ЕП, що обумовлено масовістю кранових установок і прагненням підтримувати невисоку вартість їх експлуатації. Разом з тим характерними особливостями розвитку масових кранових установок є підвищення їх продуктивності шляхом збільшення середніх швидкостей руху при одночасному зниженні настановних швидкостей для підвищення точності зупинки. Це обумовлює збільшення діапазону регулювання швидкості. Згідно [52.8] в 1960 р. задовільним вважався діапазон регулювання 4:1, а в даний час ставиться задача отримання для більшості кранів діапазону (8 – s – 10): 1;

5) спрощення керування краном з метою зменшення стомлюваності кранівників. При використанні максимально простих систем ЕП з реостатним регулюванням і релейно – контакторних управлінням через незадовільний виду механічних характеристик кранівнику доводиться виробляти велику кількість додаткових перемикань, що підвищує число включень елементів електрообладнання, збільшує знос апаратури і інтенсифікує працю кранівника. При використанні більш складних ЕП, що забезпечують характеристики виду 52.8 і 52.9, число перемикань при управлінні краном різко зменшується. При цьому ефективність роботи ЕП підвищується в тому випадку, якщо забезпечується висока надійність його роботи;

6) формування спеціальних динамічних режимів у деяких кранах (автоматичне заспокоєння коливань вантажів на перевантажувачах та баштових кранах, синхронізація опор великих козлових кранів і т. д.);

7) підвищена точність зупинки для ряду кранових установок (крани-штабелери, контейнерні крани), для забезпечення якої в ряді випадків необхідне застосування позиційних ЕП.

Системи електроприводів

Найбільш масове поширення для кранових механізмів отримав найпростіший асинхронний ЕП з силовими кулачковими контролерами, де використовується реостатне регулювання по несиметричною або симетричною схемою в ланцюзі ротора двигуна. Типові механічні характеристики такого ЕП [52.8] значно відрізняються від необхідних (рис. 52.8 і 52.9). ЕП з кулачковими контролерами мають такі недоліки: невисокі регулювальні властивості через відсутність посадочних швидкостей, низькі енергетичні показники. Дещо вищі показники мають асинхронні ЕП з кулачковим контролером при використанні схеми динамічного гальмування із самозбудженням. Такі ЕП (рис. 52.10) використовуються для механізмів підйому і забезпечують при спуску діапазон регулювання до 8:1.

ЕП постійного струму з кулачковими контролерами знаходять обмежене застосування (у тих випадках, коли електропостачання крана здійснюється на постійному струмі).

ЕП з магнітними контролерами застосовують для систем як змінного, так і постійного струму. На постійному струмі такі ЕП виконані аналогічно системам з кулачковими контролерами і базуються на використанні різних схем регулювання швидкості двигунів постійного струму послідовного збудження (реостатне регулювання, схема з шунтуванням обмотки якоря, схема безпечного спуску – див [52.3]). На змінному струмі використовуються системи управління з одно – і двохшвидкісними короткозамкненими двигунами [52.8] і двигунами з фазним ротором. Коротко – замкнутими двигунами зазвичай керують за допомогою кнопок.

10/Шо 1,0

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

При використанні магнітних контролерів для керування АД з фазним ротором застосовуються такі системи ЕП:

1) система з реостатним регулюванням в ланцюзі ротора і використанням режиму гальмування противовключення. Система ЕП проста, але не забезпечує стійких знижених швидкостей переміщення вантажу;

2) система з реостатним регулюванням при використанні схеми динамічного гальмування із самозбудженням. Механічні характеристики цієї системи аналогічні наведеним на рис. 52.10,6. Такий ЕП використовується тільки для механізмів підйому, оскільки режим динамічного гальмування можливий при активному моменті опору;

3) система з так званим імпульсно – ключовим способом регулювання швидкості, призначена для механізмів пересування. На рис. 52.11, а і б показані відповідно схема імпульсно-ключового управління і механічні характеристики ЕП. Принцип дії схеми полягає в порівнянні випрямленої напруги ротора двигуна з напругою порогового елемента ПЕ (наприклад, стабілітрона) і автоматичному включенні тиристорного полууправляемого моста в разі, якщо перше з цих напруг більше, ніж друге, або – нри відключенні його в протилежному випадку. При такому управлінні забезпечується характеристика II, що має ділянку стабільної роботи на зниженій швидкості. Характеристика / виходить у схемі динамічного гальмування і забезпечує роботу механізму пересування в гальмівному режимі, а природна характеристика III визначає номінальну швидкість механізму

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 52.10. Схема динамічного гальмування АД з самозбудженням (а) і одержувані з її допомогою механічні характеристики в ЕП з кулачковим контролером (б)

У кранових ЕП змінного струму все більшого поширення знаходять напівпровідникові перетворювачі. Для АД з фазним

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 52.12. Механічні характеристики асинхронного електроприводу з тиристорним перетворювачем напруги для механізму підйому

-I______ L

0,25 0,5 0,75 "/" Ном

Рис. 52.11. Схема імпульсно-ключового включення асинхронного двигуна (а) і одержувані з її допомогою механічні характеристики (б)

Таблиця 52.1. Системи кранових електроприводів

Діапазон

Регулювання

Електропривод

Потужностей,

Швидкості D

КВт

Нижче але

Вище

Міналь

Номін

Ної

Льно

Асинхронний з кулачковим контролером, регулювання швидкості

2-30

3:1

-

Реостатне

Те ж при використанні схеми динамічного гальмування з само

5-30

7:1

-

Збудженням

Асинхронний з магнітним контролером, регулювання швидкості

2-180

4:1

-

Реостатне

20-180

Те ж при використанні схеми динамічного гальмування з само

8:1

-

Збудженням

Асинхронний з імпудьсно-ключовим управлінням

2-30

10: 1

-

Асинхронний е тиристорним яреобразователем напруги статора

2-180

10:1

-

І резисторами в роторі

З багатошвидкісні АД і перетворювачем частоти з безпосереднім

2-60

40:1

-

Жавної зв'язком

Постійного струму з кулачковим контролером, регулювання

3-15

4:1

2:1

Швидкості реостатне і з використанням потенціометричних схем

Постійного струму з магнітним контролером, регулювання

3-180

6:1

2:1

Швидкості реостатне і з використанням потенціометричних схем

Постійного струму по системі Г – Д

20-180

10: 1

2,5 н – 1

Постійного струму по системі ТП – Д

50-300

10: 1

2,5 – ь 1

Ротором використовують включаються в ланцюзі статора тиристорні перетворювачі (ТП) напруги. З метою отримання малих швидкостей механізмів передбачена зворотний зв'язок по швидкості за допомогою тахогенератора (див. рис. 51.27). Такі ЕП використовуються як для механізмів підйому, так і для механізмів пересування. На рис. 52.12 приведені механічні характеристики для ЕП механізму підйому. Для кранових механізмів промисловістю освоєний ЕП перетворювач частоти з безпосереднім зв'язком – АД. Така система з двохшвидкісними АД забезпечує великі можливості по регулюванню швидкості.

У кранових ЕП постійного струму набула поширення система Г-Д, яка в даний час все більше замінюється системою ТП-Д.

В даний час розробляються асинхронні кранові ЕП з квазичастотного управлінням, з імпульсним регулюванням в ланцюзі ротора двигуна при використанні тиристорних та транзисторних комутаторів, з частотним керуванням при використанні автономних інверторів.

У табл. 52.1 наведено основні технічні показники випускаються промисловістю кранових ЕП змінного і постійного струму.

52.4. ЕЛЕКТРОПРИВОД ЛІФТІВ Особливості схем управління

Схеми управління ліфтовими установками містять певний набір пристроїв або блоків, кожен з яких призначений для виконання певних функцій. У загальному випадку структурну схему ліфтової установки можна представити у вигляді, показаному на рис. 52.13. Відповідно до цієї схеми ліфтова установка працює таким чином.

Команда на початок руху ліфта подається за допомогою кнопкового пристрою наказів і викликів у вузол, який здійснює запам'ятовування і подальше зняття відповідних команд після їх виконання. Одним з найбільш складних і відповідальних вузлів схеми управління ліфтової установки є позиційно-згода пристрій (ПСУ), яке служить для визначення положення кабіни в шахті і видачі сигналів для руху кабіни в потрібному напрямку і її зупинки. Конструктивно ПСУ виконують у вигляді набору електромеханічних перемикачів, що розміщуються в шахті або змонтованих в спеціальних приладах – копіювальному апараті або селекторі, які знаходяться в машинному приміщенні і пов'язані з кабіною механічної або електричної зв'язком.

Сигналами з виходу ПСУ здійснюється управління електроприводом підйомної лебідки і механічним гальмом з електромагнітним приводом. Вузол точної зупинки здійснює переклад кабіни на знижену швидкість або введення в систему ЕП контуру регулювання положення. Після зупинки кабіни автоматично включається ЕП дверей кабіни і шахти. У ліфтах з ручним керуванням дверей цей вузол відсутня.

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 52.13. Структурна схема ліфтової установки

Вузол захисту і блокування забезпечує безпеку роботи ліфта. Цей вузол виключає можливість руху кабіни при відкритих або незаблокованих замками дверях і відкривання дверей шахти за відсутності кабіни на даному поверсі, здійснює зупинку кабіни при обриві канатів, перевищення допустимої швидкості, натисканні аварійної кнопки «Стоп» і спрацьовування захисту.

Схема керування ліфта включає також пристрої сигналізації та освітлення кабіни. Виклична сигналізація призначена для сповіщання пасажирів про зайнятість кабіни, напрямку її руху, прийняття виклику, а також для сповіщення обслуговуючого персоналу про стан схеми викличних пристроїв.

Позиційна світлова сигналізація призначена для сповіщання пасажирів та обслуговуючого персоналу про місцезнаходження кабіни в даний момент.

Вимоги до електроприводу

Основні вимоги до ЕП ліфтів наступні:

Надійність в роботі, забезпечення безпеки при користуванні ліфтової установкою;

Малошумність (для ліфтів використовують спеціальні електродвигуни, що забезпечують знижений рівень шуму);

Зручність і простота в експлуатації і обслуговуванні;

Обмеження прискорень кабіни (за умовами комфортності для пасажирських ліфтів та відсутності прослизання каната щодо канатотягового шківа для вантажних ліфтів);

Забезпечення плавних перехідних процесів пуску і гальмування при широких межах зміни моменту опору (див. рис. 52.2, е). На рис. 52.14 приведені залежності швидкості, прискорення та ривка для кабіни ліфта. Ці залежності побудовані, виходячи з обмеження прискорень і ривків на допустимому рівні (див. § 52.2);

Наявність ревізійної зниженій швидкості г; РСВ 4 0,36 м / с для ліфтів з основною рейсової швидкістю більше 0,71 м / с;

Забезпечення точності зупинки кабіни відносно рівня поверхової площадки (10 – 20 мм-для швидкісних і лікарняних ліфтів, 35 – 50 мм для решти ліфтів [52.3]). Для ліфтів з номінальною швидкістю кабіни не вище 1,4 м / с зазначені ревізійна швидкість і точність зупинки реалізуються шляхом створення механічної характеристики ЕП ліфта при зниженій швидкості;

Ліфтова лебідка повинна бути обладнана автоматично діючим гальмом нормально замкнутого типу.

Системи електроприводів

Для ліфтів використовують ЕП змінного струму з одношвидкісними і двохшвидкісними короткозамкненими асинхронними двигуна-

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 52.14. Бажані залежності від часу швидкості v, прискорення а й ривка р кабіни ліфта

Мі і ЕП постійного струму з керованими ТП.

Найбільш поширені схеми ЕП ліфтових лебідок для різних робочих швидкостей руху кабіни наведено в табл. 52.2.

Для ліфтів зі швидкістю руху до 0,5 м / с застосовується найпростіша схема ЕП з короткозамкнутим АД. Обмеження прискорень в цьому випадку проводиться шляхом навмисного збільшення моменту інерції ЕП ліфтової лебідки за рахунок застосування спеціальних ліфтових двигунів з підвищеним моментом інерції і додаткових маховиків, що встановлюються на валу двигуна.

При швидкості кабіни вище 0,5 м / с необхідно мати додаткову механічну характеристику, що забезпечує можливість роботи двигуна на зниженій швидкості. Ця характеристика потрібна для руху кабіни з ревізійною швидкістю і забезпечення необхідної точності зупинки. Для ліфтів зі швидкістю руху кабіни не вище 1,4 м / с найбільш поширеним є ЕП з двошвидкісним асинхронним двигуном і контакторною управлінням. Обмеження прискорень в перехідних процесах в цьому випадку проводиться таким же чином, як і в попередньому випадку.

Використання двошвидкісних АД з незалежними обмотками, керованих від ТП, дозволяє збільшити швидкість руху кабіни до 2 м / с. Обмеження прискорень і ривків в такій системі ЕП здійснюється в одно-

Таблиця 52.2. Системи електроприводів пасажирських ліфтів

Електропривод

Швидкість кабіни, м / с

Примітки

Принципова схема

Механічні характеристики

Ш,

(

0 М

КМ1-у-

0,5

КМ2

Швидкість не регулюється. Обмеження прискорень параметричне. Гальмування при уповільненні механічне. КМ1, КМ2 – реверсивні контактори

D = (3 – ¥ ■ 4): 1. Обмеження прискорень параметричне. Розгін при пуску і рух – з номінальною швидкістю – за характеристикою Б.

1.4

НМ1

КМЗ

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

З

Gv

Дотягивание і ревізія – на характеристиках М. КМЗ, КМ4 – контактори великий (Б) і малої (М) швидкості

D = 10: l. Розгін при пуску і рух з номінальною ско-

КМ1

ЗИ РС

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

2,0

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

?остю – за характеристиками Б. Гальмування при уповільненні – за характеристиками Т (харчування обмотки малої 'швидкості від ТП). Ревізія – на характеристиках М (ланцюги живлення обмотки малої швидкості змінним струмом на схемі не показані)

2,0

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

£) = 10:1. Обмеження прискорень і ривків за допомогою задат 'чика ЗІ. Регулятори: швидкості РС – пропорційний з обмеженням, струму РТ – пропорційно-інтегральний

Контурної замкнутій системі регулювання швидкості шляхом формування оптимальної тахограмми руху, що на рис. 52.14. Задатчик руху ЗІ формує на вході системи автоматичного управління ЕП • напруга U, визначальне вид бажаної тахограмми ліфта.

У табл. 52.2 показана схема з двох – швидкісним АТ, обмотка великій швидкості якого живиться від ТП змінної напруги ТПН, а обмотка малій швидкості використовується для отримання ревізійної швидкості та формування режиму динамічного гальмування АД при живленні від керованого випрямляча ТП.

'1 As fc-jfK g

OS ой

S Й в 5 * Я

S. про «« з 11g S

** Л

Ів.

8, про 3 g I

Про З gg

21 Fc S РI -

II Iй – gsgg ^ SjflSS I

S про йй ^ d S4 h C>, ss

При швидкості руху кабіни більше 2 м / с використовуються ЕП постійного струму за системою Г-Д і ТП-Д. Ці ЕП крім контурів регулювання швидкості мають контури регулювання струму. Точність зупинки кабіни здійснюється контуром положення, який включається при підході кабіни в зону точної зупинки. Лінійні механічні характеристики в системі ТП-Д забезпечуються шляхом виключення роботи ЕП у зоні переривчастих струмів за рахунок введення в систему регулювання додаткових регуляторів струму РТ1 і РТ2, призначених для підтримки на необхідному рівні зрівняльних струмів.

52.5. ЕЛЕКТРОПРИВОД ЕКСКАВАТОРІВ

В даний час для управління основними механізмами одноківшових екскаваторів переважне поширення має система Г-Д з порушенням генератора від магнітних підсилювачів або ТП [52.11, 52.12]. На рис. 52.15 приведена структурна схема такої системи, яка являє собою двокон – турную систему підлеглого регулювання з внутрішнім контуром регулювання моменту (струму) і зовнішнім контуром регулювання напруги двигуна. Особливістю внутрішнього контуру є наявність інтегрального регулятора струму РТ, що представляє собою генератор постійного струму (з критичним самозбудженням при живленні обмотки збудження від магнітних підсилювачів або критичної зворотним зв'язком по ЕРС при порушенні від ТП), і ланки обмеження '30, підключеного на вхід РТ. Регулятор напруги РН з коефіцієнтом kPiH виконаний у вигляді пропорційної ланки з обмеженням.

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

■ a-I

Основними позитивними якостями структури на рис. 52.15 є її порівняльна простота, а також те, що вона забез-

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 52.15. Структурна схема екскаваторного

Електроприводу постійного струму: U% н – напруга завдання на вході регулятора напруги; U0 н – сигнал негативного зворотного зв'язку по напрузі; t / n_T і (У0 т – сигнали позитивної та негативної зворотних зв'язків за струмом; і'т – напруга завдання на вході контуру регулювання струму

Чивает необхідні для екскаваторного ЕП статичні і динамічні характеристики. Основні особливості такої структури наступні:

1) забезпечуються необхідні «екскаваторні» механічні характеристики ЕП. Дійсно, наявність інтегрального РТ і обмеження сигналу на вході контуру струму, а також негативний зв'язок за струмом якоря з коефіцієнтом fe0, т забезпечують вертикальну ділянку механічної характеристики при заданому моменті стопоріння, а наявність негативного зворотного зв'язку по напрузі Двигуна з коефіцієнтом / сої та позитивного зворотного зв'язком по струму якоря з коефіцієнтом Jcn т = / з х / / ср> н забезпечує необхідну жорсткість на робочому ділянці механічної характеристики;

2) необхідні для екскаваторних ЕП характеристики «утримання ковша» (див. характеристику 0 на рис. 52.8) в схемі рис. 52.15 формуються автоматично при U. i H = 0;

3) у схемі відсутнє тахогенератор, що покращує експлуатацію ЕП. Наявність контуру регулювання напруги (а не швидкості) двигуна забезпечує жорсткість робочих ділянок механічних характеристик на рівні приблизно природної характеристики, що прийнятно для екскаваторів;

4) схема забезпечує обмеження струму і моменту двигуна в динаміці на рівні, визначеному обмеженням сигналу на виході РЯ;

5) наявність ланки обмеження 30 забезпечує обмеження темпу зміни ЕРС генератора, а разом з тим обмежує і прискорення двигуна;

6) при всіх моментах опору будь перехідний процес пуску або гальмування має рівномірний характер з обмеженими моментами і прискореннями, що потрібно для екскаваторів.

В даний час для механізмів екскаваторів ведуться інтенсивні роботи з впровадження ЕП за системою ТП-Д і частотно – керованих асинхронних ЕП.

Дослідження показали, що перспективним варіантом системи ТП-Д є система джерело струму – двигун, в якій якір двигуна живиться від нереверсивного ТП, що працює в режимі регульованого джерела струму. У цій системі використовується реверсивний напівпровідниковий перетворювач для порушення двигуна. При впливі на збудження двигуна забезпечується управління знаком і значенням моменту і швидкості ЕП.

У частотно-регульованих екскаваторних ЕП найбільш перспективними є два типи перетворювачів частоти: з безпосереднім зв'язком і з проміжною ланкою постійного струму при використанні інвертора напруги з широтно-імпульсною модуляцією.

52.6. ЕЛЕКТРОПРИВОД КОНВЕЙЄРІВ

Загальні відомості

Конвеєр, транспортер – це машина безперервної дії для переміщення сипких, кускових або штучних вантажів. За типом тягового органу розрізняють конвеєри з стрічковим, ланцюговим, канатним та іншими тяговими органами і конвеєри без тягового органу (гвинтові, інерційні, вібраційні, роликові). За типом грузонесущего органу розрізняють стрічкові, пластинчаті, скребкові, підвісні вантажонесучі, що штовхають, тележечниє, ковшові і люлечниє, а також гвинтові, інерційні, вібраційні, роликові конвеєри.

Конвеєри знаходять застосування у всіх галузях народного господарства для виконання вантажно-розвантажувальних робіт, забезпечення безперервності технологічного процесу, виконання ряду послідовних операцій в поточному виробництві. Поряд із забезпеченням транспортно-технологічних функцій конвеєри є основними засобами комплексної механізації та автоматизації вантажно-розвантажувальних і складських операцій. Сучасне виробництво неможливе без конвеєрів, які визначають темп виробництва, його ритмічність, сприяють підвищенню продуктивності праці і випуску продукції.

Конвеєри з гнучким тяговим елементом складаються з наступних частин: грузонесущего органу, який безпосередньо несе на собі вантаж, який транспортується; тягового органу, що передає рух грузонесущему органу; ходових опорних пристроїв (котків, роликів, кареток і т. п.), за допомогою яких переміщуються грузонесущий і тяговий органи; натяжної пристрою, що забезпечує необхідне первинне натягнення тягового органу; приводного пристрою, який повідомляє рух тягового органа; підтримуючої металоконструкції конвеєра, що включає і напрямні шляху. У окремих конвеєрів тяговий і грузонесущий орган суміщені (наприклад, стрічка в стрічкових конвеєрах).

Основними елементами приводних пристроїв є приводний барабан, редуктор і електродвигун. За кількістю барабанів розрізняють одно-, двох – і трьохбарабанні приводи. Електродвигун з редуктором, муфтою, гальмом утворює приводний блок, до складу якого можуть входити також відхиляють барабани і пристосування для очищення барабанів і стрічки.

Основним елементом натяжної пристрою є натяжна барабан, що переміщається на візку або в направляючих нерухомої рами. Натягач переважно розташовувати в точці мінімального натягу тягового органу. Звичайно його встановлюють на збігає з ЕП гілки тягового органу, а при обмеженій довжині конвеєра – в його хвостовій частині.

Основним критерієм вибору найвигіднішого місця для приводного пристрою є досягнення мінімального значення найбільшого натягнення тягового органу з усіх можливих варіантів установки ЕП. Зменшення натягу гнучкого органу економічно вигідно, оскільки призводить до зниження капітальних витрат на конвеєрну установку. Привідна станція конвеєра може встановлюватися як у верхній, так і в нижній частині конвеєрів залежно від умов експлуатації. Зазвичай установка ЕП переважніше вгорі. Для визначення місця встановлення приводного пристрою в загальному випадку роблять порівняння варіантів розрахунків, однак у залежності від конструкції конвеєрів ці місця в ряді випадків визначені [52.13].

Конвеєрна стрічка є основним елементом стрічкового конвеєра. Її вартість становить 30 – 50% загальної, вартості конвеєра [52.13]. Тому правильний вибір, стрічки і типу приводу істотно впливає на техніко-економічні показники конвеєрного транспорту

Технічні характеристики конвеєрів відрізняються великою різноманітністю за потужністю приводних двигунів, швидкості, масі переміщуваних вантажів і т. п. '

Основні параметри поширених стрічкових конвеєрів загального застосування наступні [52.13]:

Ширина стрічки, мм ……………………………….. 400 – 3000

Швидкість руху стрічки, м / с …. 0,4-6,3 Тип стрічки гумовотканинні, резіво – тросова

Діаметр барабана, мм ……………………………. 160 -2000

Діаметр опорних роликів, мм …. 63 -245 Потужність двигунів, кВт 0,37-2100

Характерні загальні параметри підвісних конвеєрів

[52.13]

Швидкість транспортування, i ^ c. .0,01-0,70

Довжина транспортування, м. ………………….. 5-500

Потужність двигуна, кВт ………………………. 1 – 18

Маса вантажу, кг ……………………………………. 1 – 8000

Довжина вантажу найбільша, м. ……………………. 12

Визначення статичних навантажень

Статичне навантаження конвеєра визначається силами тертя в елементах конвеєра (підшипниках, опорних роликах, в тягових елементах при його вигинах і т. д.); а також складовими сил ваги вантажу, що транспортується на похилих ділянках траси конвеєра. Результуюча сила опору (тягова сила) Fc визначається шляхом послідовного обходу траси конвеєра при обліку всіх сил опору на кожному його ділянці.

Потужність приводного двигуна конвеєра

Р = ksFcv/Л,

Де Fc – тягова сила конвеєра; v – швидкість тягового органу; г) – ККД приводного механізму, що враховує втрати в барабані або зірочці і редукторі; k, = 1,1 -5 – 1,35 – коефіцієнт запасу, який визначається типом конвеєра [52.13 ].

Значення тягової сили визначається за допомогою тягового розрахунку конвеєра.

Тяговий розрахунок конвеєра

Контур (трасу) конвеєра розбивають на окремі розрахункові ділянки, в межах кожного з яких сила опору характеризується якоюсь однією функцією. Всі сили опорів, наявні в конвеєрі, поділяють на опору, не залежні від натягу гнучкого органу (опір групи роликових опор, опір від ваги стрічки та вантажу), і на опору, залежні від натягу тягового органу (в опорах барабанів і зірочок, на криволінійних ділянках).

Сили опору на прямолінійній ділянці траси конвеєра (рис. 52.16)

AFB = AFp + AFr,

Де AFp = (qr + q0) wLv – сила опору роликових опор, обумовлена розрахункової лінійної навантаженням від транспортованого вантажу qr і тягового органу q0; Lr – горизонтальна проекція аналізованого прямолінійного ділянки; w – коефіцієнт опору на даній ділянці конвеєра.

Для ковзанок із циліндричними або сферичними ободами

Hf + /

Т. е. коефіцієнт опору визначається так само, як і для механізму пересування з приводними колесами (див. § 52.2);

AFr= ± (qr + q0) H

- Опір сили тяжіння вантажу і тягового органу для висоти Н даної ділянки конвеєра.

Знак «+» береться у випадку, якщо на даній ділянці конвеєр працює на підйом, і знак «-» – в іншому випадку.

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 52.16. До визначення сил опору конвеєра:

А – на прямолінійних ділянках; 6 – на ділянках вигину тягового органу

На криволінійних ділянках сила опору руху визначається двома складовими: сила від вигину тягового органу і сила тертя в підшипниках блоків або роликів, обумовлена рівнодіючої силою N (рис. 52.16,6). Сопро тівленія збігає гілки

Sc5 для таких ділянок залежать від натягу тягового органу і визначаються у вигляді твору натягу набігає гілки SHg на коефіцієнт вигину тягового органу kK> 1, тобто

Sc6 =

Згідно [52.15] при наближених розрахунках залежно від діаметра барабана і зірочки і умов роботи при кутах охоплення тяговим органом 90 і 180 ° можна прийняти кЯ = 1,02 – = – 1,03 і до "= 1,03 год-1, 07 відповідно.

Сили опору для різних ділянок траси конвеєрів найрізноманітніших видів можна визначити за методиками, викладеним у спеціальній літературі з конвеєрним установкам [52.13 - 52.16].

Для визначення тягової сили і натягу тягового органу в різних точках конвеєра використовують метод послідовного обходу по контуру (тобто обходу по точках сполучень прямолінійних і криволінійних ділянок конвеєра). Пронумерувавши точки сполучень, починаючи від точки збігання тягового органу з приводного барабана або зірочки, знаходять послідовно натягу у всіх цих точках і по різниці натягів на набігає і збігає гілках визначають тягову силу.

У разі стрічкового конвеєра при вказаному тяговому розрахунку виходить зв'язок між Sh6 і Sc6 у вигляді двочлена [52.1]

S "6 = * Sc6 + Y-

Крім того, Sh6 і Sc6 пов'язані формулою Ейлера, що виражає умова відсутності ковзання стрічки по барабану:

SH6 – Sdr "

Де а – кут охоплення приводного барабана стрічкою; ц – коефіцієнт тертя між тяговим органом і барабаном.

Вирішуючи спільно два останніх рівняння, знаходимо

Ye'V Y

S «6 = Sc6 =

Після чого можна розрахувати натяг тягового органу в будь-якій точці конвеєра, його тягову силу Fc = SH6 – SC6 і потужність приводного електродвигуна.

У разі ланцюгового конвеєра задають мінімальне натяг ланцюга (300-500 Н і більше, залежно від типу конвеєра) і далі, проводячи тяговий розрахунок, знаходять SHg, Sc6, тягову силу Fc = Sh6 – Sc6 і потужність приводного електродвигуна. На рис. 52.17 наведені приклад схеми траси конвеєра і графік натягу його тягового органу. Конвеєр призначений для транспортування вантажу від точки 5 до точки 8. Приводний барабан розташований в головний, а натяжна – в хвостовій частині конвеєра. Прямолінійні ділянки конвеєрів з'єднані отклоняющими барабанами (або зірочками). Вся траса конвеєра

Відзначено точками 1, 2 …….. 8, які відокремлюють

Прямолінійні ділянки траси від криволінійних.

Багатодвигунний електропривод конвеєрів

Для приводу конвеєрів значне поширення набули два типи багатодвигунного ЕП.

Перший тип, вживаний як для стрічкових, так і для ланцюгових конвеєрів, містить дві або більше приводних станцій, розташованих в проміжних точках траси. Застосування декількох ЕП дозволяє знизити максимальний натяг тягового органу При визначенні раціонального місця установки приводів по трасі конвеєра виходять з прагнення найбільшою мірою знизити натяг тягового органу і використовувати однакові електродвигуни. Практично при установці і приводів знижується максимальний натяг тягового органу дещо більше, ніж у п раз [52.15]. Багатодвигунні конвеєри розглянутого типу застосовуються у разі стрічкових конвеєрів при довжині траси 5-20 км по горизонталі і 1-2 км по нахилу, а в разі ланцюгових конвеєрів – при довжині траси від 500 м до декількох кілометрів [52.13].

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 52.17. Схема траси (о) і графік натягу тягового органу (б) конвеєра

Другий тип багатодвигунного ЕП характерний для стрічкових конвеєрів, де можуть використовуватися двох барабанні та трьохбарабанний – ні ЕП. У тих випадках, коли небажано

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 52.18. Приклад схеми двобарабанних приводу конвеєра

Збільшення натягу стрічки, але потрібно підвищити тягове зусилля конвеєра, використовують двохбарабанний ЕП, в якому забезпечується підвищений кут а охоплення стрічкою барабана (рис. 52.18). Збільшення цього кута підвищує тягове зусилля конвеєра відповідно до виразу [52.13]

= + 1].

Вплив динамічних навантажень

Електроприводи конвеєрів мають тривалий режим роботи, для якого характерні тривалий період руху ходової частини з постійною швидкістю і короткочасні перехідні режими пуску і гальмування. Незважаючи на відносно малий час перехідних процесів їх аналіз є важливим завданням, оскільки конвеєр являє собою систему мас, з'єднаних пружними зв'язками (ланцюгом або стрічкою). При перехідних процесах в ЕП ці пружні зв'язку деформуються і в тягових елементах конвеєра з'являються значні динамічні навантаження, які в ряді випадків мають коливальний характер.

Основним засобом обмеження динамічних навантажень є зниження пускового динамічного зусилля шляхом збільшення часу пуску. Для конвеєрів рекомендується обмежувати прискорення руху ходової частини на рівні адоп = 0,1 – е – 0,2 м/с2 [52.13].

Слід зазначити, що конвеєри належать до інерційним механізмам, в яких момент інерції двигуна становить лише (0,03 – f – 0,1) JK, де JK – сумарний момент інерції конвеєра.

Для ланцюгових конвеєрів характерна нерівномірність руху, що викликається періодичними змінами миттєвого радіуса навивки ланцюга на провідну зірочку. Нерівномірність руху тягових ланцюгів викликає виникнення в них динамічних зусиль, які знижуються з зменшенням кроку ланцюгів. Динамічні зусилля в існуючих ланцюгових конвеєрах рідко перевищують 20-25% статичного натягу ланцюга. При числі зубів приводної зірочки z = 13 – = – 20 і швидкості руху v <0,3 м / с ці навантаження порівняно незначні і враховуються відповідним коефіцієнтом при виборі запасу міцності ланцюга [52.13].

Для стрічкових конвеєрів динамічні навантаження мають характерні особливості і проявляються більш значно, ніж в ланцюгових конвеєрах. При перехідних процесах в стрічкових конвеєрах важливо враховувати наступне:

Зростають найбільші зусилля в стрічці. Однак [52.14] динамічні навантаження в стрічці не настільки великі, щоб їх додатково враховувати при розрахунками міцності стрічки, тим більше що вони, як правило, враховуються в сумарному коефіцієнті запасу міцності;

Через дії динамічних навантажень відбувається зміна натягу стрічки, що може призвести до її пробуксовці. Пробуксовка небажана, тому що викликає інтенсивний знос нижньої обкладки стрічки [52.14], різке зменшення зчеплення стрічки з барабаном, що ускладнює подальший розгін і нормальну роботу конвеєра. Тому основним завданням динамічних режимів є встановлення умов беспробуксовочного пуску і гальмування.

Розрахунок динаміки стрічкового конвеєра представляє значні труднощі, оскільки механічна частина конвеєра є складною системою з розподіленими по його довжині параметрами. При цьому поздовжня жорсткість стрічки визначається не тільки її пружними деформаціями, але також формою і величиною провисміж роликоопорами і нелінійно залежить від натягу стрічки. Крім того, стрічка володіє значним внутрішнім тертям [52.14].

Аналіз питань динаміки пуску набуває особливого значення при збільшенні продуктивності (до 20000 т / ч) і довжини (до 11 – 13 км) конвеєрів, і необхідності обмеження коефіцієнта динамічності стрічки в процесі пуску до 1,4-1,6. Згідно [52.16] такий коефіцієнт динамічності може бути досягнутий, якщо окружне зусилля приводного барабана Fnp при пуску формувати з двох ділянок: на першій ділянці (0 <£ <(тр) значення Fnp змінюється за лінійним законом, а на другій ділянці (tTp <t <ta) Fnp підтримується постійним і рівним максимальному значенню Vmax = Fc + тХкаДОП, де тек – приведена до окружності барабана сумарна маса механізму конвеєра. Час трога – ня ГТР являє собою час поширення фронту хвилі пружних деформацій від лівого перетину тягового органу до кінцевого правого і назад.

Значні динамічні зусилля виникають не тільки при пуску, але і при гальмуванні конвеєра. У гальмівних режимах також необхідно обмежувати динамічні зусилля, щоб виключити пробуксовку стрічки щодо барабана. З цією метою застосовують плавне наростання гальмівного моменту шляхом включення декількох гальмівних пристроїв з деяким інтервалом і використання електричного гальмування приводного двигуна.

Вимозі до електроприводів

Вимоги до ЕП конвеєрів обумовлені необхідністю отримання його трьох основних режимів (пуску, усталеного руху, гальмування) і ряду допоміжних і налагоджувальних режимів, а також забезпечення надійної та безперебійної роботи конвеєрних установок. Основні вимоги, пропоновані до ЕП конвеєрів, наступні:

1. Забезпечення плавного пуску двигунів з обмеженими значеннями моментів і прискорень з Белью:

Ненаголошеного вибору зазорів у зубчастих передачах в початковий період рушання;

Обмеження динамічних зусиль тягового органу;

Отримання надійного зчеплення стрічки з барабанами в стрічкових конвеєрах;

Обмеження розгойдування грузонесущих органів (колисок, кабін) у підвісних конвеєрах;

Створення необхідних комфортних умов в конвеєрах, призначених для перевезення людей (ескалатори, канатні дороги).

2. Забезпечення великих моментів при рушанні конвеєра на початку його пуску, оскільки опору тертя в спокої приблизно в 1,5 рази перевищують опору тертя при русі [52.13], а також через можливу наявність бруду в ходових частинах механізмів, застигання мастила при морозах і т . п.

3. Забезпечення сталого режиму із заданою швидкістю руху робочого органу. Період усталеного руху займає основний час в конвеєрних установках, тому їх ЕП характеризується тривалим режимом роботи. Найчастіше в сталих режимах конвеєри працюють з однією швидкістю, проте в ряді випадків потрібне регулювання швидкості, зокрема в приводах конвеєрів з відносно високою швидкістю руху стрічки, які повинні забезпечувати додаткову невелику швидкість для проведення огляду стрічки при її ревізії, ремонтних роботах (при цьому конвеєр переводиться в режим місцевого управління) і т. д. Крім того, у випадках зміни вантажопотоку конвеєрів стрічка значний час може працювати з недовантаженням. При цьому раціонально зменшити швидкість конвеєра, щоб стрічка працювала з повним навантаженням. Тоді збільшується термін служби стрічки, яка відповідно менше число разів обертається. У цих випадках в залежності від кількості надходить на конвеєр вантажу доцільно забезпечити автоматичне регулювання швидкості стрічки з плавним переходом від одного рівня швидкості до іншого.

4. Необхідність рівномірного розподілу навантаження між двигунами в багатодвигунових ЕП конвеєрів через відмінності в жорсткості характеристик окремих двигунів. Експерименти показали, що для асинхронних ЕП з номінальним ковзанням двигунів 4-6% відхилення в навантаженнях різних двигунів досягає 15 – 30%. Для вирівнювання навантажень використовують такі способи:

Застосовують АД з підвищеним ковзанням;

У разі застосування короткозамкнених АД нормального виконання додатково використовують гідромуфти або електромагнітні муфти ковзання;

У разі застосування АД з фазним ротором жорсткості механічних характеристик окремих двигунів вирівнюють шляхом включення резисторів в їх роторні ланцюга.

5. Використання двох режимів: дистанційного і місцевого управління.

При дистанційному автоматизованому управлінні пуск проводиться короткочасним натисканням пускової кнопки і щоб уникнути завалів стрічки здійснюється в певній послідовності, а саме: проти напрямку потоку вантажу. Планова зупинка конвеєрної лінії проводиться в зворотному порядку, тобто послідовно по напряму потоку.

Для монтажу, налагодження та поточного профілактичного ремонту забезпечують переклад всіх механізмів конвеєра на місцеве управління.

У режимі місцевого керування передбачається управління з пульта, розташованого поблизу кожної приводної станції. У цьому режимі привід повинен забезпечувати реверсування і знижену швидкість конвеєра.

6. Узгодження руху конвеєрів для складальних операцій з метою виконання суворо узгоджених технологйческіх операцій з вантажами, які переміщуються за різними конвеєрних ліній. Потужності двигунів таких конвеєрів відносно невеликі, проте використовуються досить складні позиційні ЕП (асинхронні ЕП за схемою електричного валу, що стежать ЕП постійного струму з тиристорними перетворювачами).

Системи електроприводів

Системи ЕП, застосовувані для конвеєрів, вказані в табл. 52.3. У стрічкових конвеєрах довжиною до 300 м і потужністю до 100 кВт, як правило, використовуються ЕП з асинхронним короткозамкненим двигуном. Гідність таких ЕП – простота і відносно низька вартість, недоліки – підвищений пусковий момент і, отже, можливість появи великих натягів і пробуксовки стрічки.

В ЕП конвеєрів значного поширення набули асинхронні ЕП з муфтами ковзання (гідромуфти, електромагнітні муфти). Такі ЕП забезпечують рівномірний розподіл навантаження між двигунами в багатодвигунними ЕП і плавний пуск конвеєра. У зарубіжній практиці знаходить застосування дводвигуновий ЕП, у якому крім головного двигуна встановлюється і допоміжний меншої потужності, який забезпечує плавний розгін конвеєрної стрічки із зменшеним прискоренням. За допомогою таких заходів область застосування ЕП з короткозамкнутим АД розширюється до 200 кВт [52.14].

Для більш потужних ЕП стрічкових конвеєрів найбільшого поширення набули АД з фазним ротором. При включенні резисторів в роторні ланцюга АД забезпечується плавний пуск конвеєра, а в разі багатодвигунними ЕП – рівномірний розподіл навантаження між двигунами. В якості роторних резисторів використовують металеві реостати з великою кількістю пускових ступенів (до 20-25), а також рідинні реостати з ручним або автоматичним управлінням за допомогою виконавчого ЕП. Такі ЕП широко використовують при потужності 200 – 900 кВт в одному блоці. Сумарна потужність цих ЕП досягає кілька тисяч кіловат.

У приводі конвейєрів набувають поширення асинхронні ЕП з індукційними резисторами в колі ротора АД [52.14]. Активний опір таких резисторів визначається частотою протікає через

Таблиця 52.3. Системи ЕП конвеєрів

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Продовження табл. 52.3

Механічні характеристики

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Примітка

Перспективні ЕП. Спрощені механічні передавальні пристрої

Тип

З лінійним АД

Них струму. Такі ЕП при простій схемі забезпечують приблизно постійний момент АД при пуску і обмежують прискорення конвеєрів.

Останнім часом встановлено, що для конвеєрів у багатьох випадках слід використовувати регульовані ЕП, у якості яких перспективними є системи асинхронного ЕП з частотним керуванням, асинхронні вентильні каскади, ЕП постійного струму з ТП. Для конвеєрних установок також перспективним є застосування лінійних АД. Вони дозволяють ліквідувати складні і металомісткі редукторні механічні передачі і створити безконтактні і безредукторним ЕП [52.14].

52.7. Електроприводи насосів,

Вентиляторів, компресорів

Загальні відомості

У сучасній техніці використовується великий клас машин для подачі рідин і газів, які поділяють на насоси (Н), вентилятори (В), компресори (К) і нагнітачі. Насоси призначені для переміщення рідин і повідомлення їм енергії; вентилятори – це машини, що переміщують газові середовища при ступені підвищення тиску до 1,15 (ступенем підвищення тиску називається відношення тиску газу на виході з машини до тиску на її вході). Нагнітачі (машини з природним охолоджуванням) та компресори (машини з штучним охолодженням) використовуються при ступені підвищення тиску газових середовищ більше 1,15.

Наявність обертового робочого колеса з лопатями є відмітною ознакою лопатевих машин (в технічній літературі такі машини часто називають турбомеха – нізм). Схеми лопатевих машин наведено на рис. 52.19. Потік рідини або газу, проходячи через робоче колесо 1 з лопатями 2 машин відцентрового (ЦМ) типу, змінює свій напрямок під кутом 90 °, в осьових машинах (ОМ) він переміщається уздовж осі робочого колеса 3 з лопатями 4, а в вихрових (ВМ ) – по периферії робочого колеса 5 з лопатями 6.

Робота об'ємних машин (рис. 52.20) заснована на всмоктуванні і витісненні рідини або газу твердими тілами, що рухаються в робочих порожнинах. У машинах поршневого типу (ПМ) зміна обсягу робочої порожнини (циліндра 1) здійснюється за рахунок зворотно-поступального руху поршня 2. У роторних машинах (РМ) всередині робочої порожнини (корпусу 3) обертається ексцентрично розташований ротор 4 з пластинами 5, які під дією відцентрових сил притискаються до внутрішньої поверхні корпусу.

Найбільшого поширення в практиці мають ЦМ, ОМ і ПМ. При цьому ОМ переважні там, де потрібно забезпечити високу подачу при низькому напорі. ВМ дозволяють забезпечити найбільш високий

Таблиця 52.4. Орієнтовні значення основних параметрів компресорів і вентиляторів

Робоча машина

Тип

Подача, м3/мін

Ступінь підвищення тиску

Поршневі

<500

2,5-1000

Компрес

Роторні

<500

3-12

Сори

Відцентро

100 -4000

3-20

Ві

Осьові

100-15000

2-20

Вентилятори

Відцентрові Осьові

<6000 50-10000

1-1,15 1-1,04

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

А) Ф

Рис. 52.20. Схеми об'ємних машин: а – поршневого типу (однобічної дії), б – роторного типу (з двома пластинами)

П1

0

М

100 1000 1000 0 в, мЗ / год

Рис. 52.21. Графік подачі і напорів водяних насосів різних типів

Напір серед турбомеханізмів, проте вони не знайшли широкого розповсюдження, оскільки характеризуються більш низьким ККД в порівнянні з об'ємними машинами, що забезпечують практично такі ж значення напору і подачі, що і ВМ. Серед машин об'ємного типу найбільше поширення мають поршневі Н і К, які використовуються в-основному в тих випадках, коли необхідно забезпечити високий напір при невеликих значеннях подачі.

І, м 1DD00 1000 100 1 жовтня

10

На рис. 52.21 показані області застосування водяних Н різних типів залежно від розвиваються ними значень напору Н та подачі £ [52.19]. Орієнтовні значення основних параметрів К і В наведено в табл. 52.4.

Характеристики машин для подачі рідин і газів

Основними параметрами, що характеризують роботу машин для подачі рідин і газів, є створювані ними подача, тиск і натиск, а також енергія, що повідомляється потоку їх робочими органами.

Подача – це кількість рідини чи газу, що переміщуються машиною в одиницю часу. При вимірюванні подачі в одиницях об'єму її називають об'ємною і позначають зазвичай Q. Використовується також поняття масової подачі Му – кількості маси рідини або газу, що подаються машиною в одиницю часу:

Му = YQ,

Де у – щільність середовища, кг/м3; Q – об'ємна подача, м3 / с.

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 52.19. Схеми лопатевих машин: а – відцентрового типу; б – осьового типу; в – вихрового типу

Подачу можна визначати на вході або на виході машини. Масові подачі на вході і виході машини будь-якого типу однакові. Об'ємні ж однакові тільки в Н – машинах, що подають практично нестисливої середу, і приблизно однакові у В. В До об'ємна подача на виході менше, ніж на вході, внаслідок істотної зміни питомої обсягу при підвищенні тиску газу. У розрахунках прийнято обчислювати об'ємну подачу До на їх вході.

Р = Рк – Рн + У

Тиск насоса визначається залежністю

- + Y0 (zK-zH),

Де рк і р "- відповідно тиск на виході (кінцеве) і на вході (початкове), Па; ск і сн – швидкості потоку рідини на виході і вході Н, м / с; zK і zH – висоти розташування центрів тяжіння вихідного і вхідного перетинів Н, м; g = 9,81 м/с2.

Повний напір, створюваний Н, м, Н = р / (уд).

Напір, створюваний В, висловлюють іноді в міліметрах водяного стовпа: h = р / д, мм вод ст.

У К тиск вимірюють за ступенем. його підвищення е = р * / рн-

Важливим параметром, що характеризує роботу машин розглянутого типу з енергетичної сторони, є питома корисна робота. Для Н і В вона визначається залежністю Ь ^ = р / у, Дж / кг. Питома робота До обчислюється більш складно з урахуванням виду термодинамічного процесу [52.19].

Корисну потужність Рц, Вт, передану машиною потоку рідини або газу, можна визначити різним чином:

Р "= М ^ Іоп = Qp = М, дН = YgHQ.

Потужність Р, кВт, на валу Н, В, К

1000т] '

Де т) – ККД машини.

Значення ККД Н, В, К, наведені в [5219], вказані нижче. Часто для збільшення продуктивності ці машини виготовляють у вигляді блоку, що містить кілька послідовно з'єднаних щаблів. ККД таких багатоступеневих машин може бути визначений за даними, наведеними нижче, як твір ККД окремих ступенів.

Коефіцієнти корисної дії насосів, вентиляторів, компресорів

Відцентрові насоси, вентилятори, компресори великої потужності 0,75-0,92

Відцентрові насоси малої і середньої

Потужності …………………………………………. . 0,6-0,75

Осьові насоси і вентилятори ………………… 0,7 – 0,9

Осьові компресори ……………………………. 0,8 – 0,9

Вихрові насоси ………………………………… 0,3-0,5

Поршневі насоси ………………………………. 0,65 – 0,85

Поршневі компресори ………………………. 0,5 – 0,8

Роторні насоси …………………………………. 0,6-0,9

Роторні компресори …………………………. 0,5 – 0,7

Характеристиками машин для подачі рідин і газів називають графічно зображені залежності, що відображають характер зміни напору Н (тиску р), подачі Q, потужності Р і ККД т) машини при зміні її режиму роботи.

Для лопатевих Н і В характеристики зображують у вигляді залежностей напору, потужності і ККД від подачі (рис. 52.22). В об'ємних машинах подача майже не залежить від напору. Тому в якості аргументу тут іноді використовують тиск або напір (рис. 52.23). Для До характеристики мають

Рис. 5222. Характеристики відцентрової машини

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Н, Р. 7

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 5223. Характеристики об'ємної машини

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Яном

Рис. 52.24. Напірні характеристики машин

Для подачі рідин і газів: 1 – відцентрової тихохідної; 2 – відцентрової швидкохідної; 3 – осьовий; 4 – вихровий; 5 – об'ємної (поршневий і роторної)

Такий же вигляд, як на рис. 52.22 і 5223, з тією відмінністю, що замість напору вказується ступінь підвищення тиску е, а подача вимірюється в одиницях маси.

Основні типи напірних характеристик Н = / (0 Н, В, К показані на рис. 52.24.

Вид характеристик ЦМ залежить від коефіцієнта швидкохідності ns [5218], який визначається за номінальним даними машини. Для відцентрових Н коефіцієнт швидкохідності знаходиться за висловом

З, б5 * ном] / ен

І 3/4

PtH)

"Ном

'Hdm

= 9 »

-5

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 52.25. Характеристики відцентрових насосів при різних значеннях коефіцієнта швидкохідності ns: 1 – (А; 2 – 106; 3 – 155; 4 – 212; 5 – 282

0,5 1 1-5 Q / BHom

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

А / аномії

Вхідні в цей вираз номінальні величини відповідають режиму роботи Н з максимальним ККД. Для багатоступеневих машин ns підраховують, виходячи з напору на один щабель. На рис. 52.25 показані характеристики відцентрових Н з двостороннім входом при різних значеннях ns [52.18]. Для Н з одностороннім входом характеристики мають такий же вигляд, як на рис. 52.25, за умови, що щ розраховується при подвійному значенні подачі QHOM.

Користуючись законами подібності, можна за відомими характеристиками для номінальної швидкості побудувати характеристики для швидкостей, відмінних від номінальної.

Закони подоби лопатевих машин при зміні їх кутової швидкості зі виражаються наступними співвідношеннями:

Fii / fia = Ю1/Ю2;

Нг/Н2 = К / Південь) 2;

PJP2 = K/ Co2) 3.

В об'ємних машинах напір не залежить від швидкості. Тому для них закони подібності мають вигляд

Gi / C> 2 = OiK ".

Р1/Р2 = «l /« 2 -

Наведені співвідношення засновані на допущенні, що при зміні швидкості ККД для подібних точок характеристик залишається постійним. В дійсності зі зниженням швидкості ККД машин зменшується, тому закони подібності для потужності справедливі в обмеженому діапазоні зміни подачі і напору

На рис. 52.26 показані характеристики для ЦМ, побудовані для швидкостей, рівних 0,8 і 0,6 юному. Точки, що виходять в результаті перерахунку за законами подібності, лежать на квадратичних парабол Я = aQ2 для напірних характеристик і на кубічних парабол Р = bQ3 для характеристик потужності, де а і Ь – пост оянние коефіцієнти. Передбачається, що всі точки характеристик, 'розташовані на одній параболі, мають однакові значення ККД, відповідні номінальної швидкості машини.

Відповідно до законів подоби характеристики об'ємних машин отримують шляхом перерахунку значень подачі і потужності пропорційно першого ступеня швидкості.

Спільна робота Н, В, К і магістралі в сталому режимі роботи цих машин визначається точкою перетину її напірної характеристики і характеристики магістралі, підключеної до машини. Характеристика магістралі описується виразом

Ямага – їсть – + – кмаг Q »

Де Ямага – повний напір в магістралі; Ясх – статична складова напору ;/ Смага – коефіцієнт гідро – або аеродинамічного опору магістралі.

Напір їсть має позитивний знак, якщо спрямований назустріч напору, створюваного машиною, і негативний знак у протилежному випадку. Значення їсть визначається: для Н – напором на його вході і геодезичної різницею рівнів споживача і Н; для В – природною тягою; для нагнітачів і К – тиском стисненого газу в магістралі (резервуарі).

Регулювання продуктивності Н, В, К здійснюється двома способами: впливом на характеристику магістралі або характеристики машин. Найбільш поширений перший спосіб – дроселювання за допомогою заслінки на виході машини – призводить до зміни коефіцієнта опору магістралі.

Зміна характеристики машини проводиться плавним або ступінчатим регулюванням її швидкості. При спільній роботі декількох машин регулювання їх режимів може здійснюватися за рахунок зміни кількості працюючих машин, одночасного регулювання швидкості всіх машин, комбінації кількості працюючих машин і регулювання швидкості однієї (або декількох) машин.

Необхідний діапазон регулювання швидкості визначається мінімальними значеннями подачі або напору:

D = GWMnin = Qmcx / Qmin = I /ЩшхЩип-

Ff / hhom

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

1,2

0,8

OA

0,4 0,6 1,2 P'Phdm Q / QHOM a)

0,4

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

0,4 0,8 1,2 Про / йном 9

Рис. 52.26. Побудова характеристик відцентрових машин для різних значень швидкості:

А – напірних; 6 – потужності

1,2

0,8

0

Значення Qmax і Нтах для лопатевих машин, що працюють на магістраль без статичної

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 52.27. Режими роботи лопатевих машин

На магістраль: / – Ясх = 0; 2 – їсть> 0, 3 – Н = фірмовому = const; 4 – Q = Ghom = const

Складової напору, визначаються перетином характеристик магістралі і машини при максимальній швидкості (якщо регулювання виробляється вниз від номінальної швидкості, то сотах = юному). При наявності НСГ значення Qmax і Нтах визначаються перетином напірної характеристики машини при максимальній швидкості і квадратичної параболи, що проходить через точку з координатами Qmin і Hmi "(рис. 52.27).

Для об'ємних машин напір (тиск) не залежить від швидкості, тому необхідний діапазон її регулювання визначається за максимального і мінімального значень подачі.

Механічні характеристики

Особливістю механічних характеристик лопатевих машин є функціональна залежність моменту від швидкості. Вид залежності to (М) визначається режимом роботи машини на магістраль і їх характеристиками.

Машини для подачі рідин і газів можуть працювати на магістраль з постійними або змінними параметрами. У практиці дуже часто В і особливо Н працюють на магістраль із змінними параметрами, наприклад параметри магістралі Н, що працюють в системах водопостачання, залежать від режимів водоспоживання. У цих випадках однозначно визначити механічну характеристику не можна, а можна вести мову лише про деяке поле режимів (в координатах Q, Н або М, зі), в якому може працювати машина.

Механічна характеристика визначається однозначно при роботі машини на ма-

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

М / м

Рис. 52.28. Механічні характеристики відцентрових машин: 1 – (S) = const; 2 – Я = const; 3 – Нст л 0,8 Нном; 4 – ЯСТ% 0,5 ЯНОМ; 5 – ЯСТ = 0; 6 – Q = const; 7 – при закритій засувці

(-У

Гістральс постійними параметрами й у системах автоматичного регулювання вихідних параметрів машини, наприклад стабілізації напору або подачі. Аналітичне вираження для розрахунку моменту на валу лопатевих машин будь-якого типу має порівняно простий вид лише при НСТ = 0 (характеристика 1 на рис. 52.27):

,2

М = Мтр + (Мном – Мтр)

Де Мтр – момент тертя, який зазвичай не перевищує 5 – 10% номінального моменту м – РномЛ ° ном-

{-У-

Для розрахунку моменту ЦМ з монотонно падаючими напірними характеристиками (типу кривої 2 на рис. 52.24) придатне вираз, який не враховує момент тертя

М = [М0 + (Мном - М0) з]

Де М0 = Р0/соном – момент ЦМ при закритій засувці, який визначається за каталожної характеристиці споживаної потужності Р == / (б) ПРИ 6 = 0. Значення с в залежності від режиму роботи ЦМ наведені нижче

С = 1;

При Іст = 0 при ЯСТ> 0

Але – Нс-

/ Але – Яном (соном / ю) 2

При Я = Яном = const з =

При G = Ghom = const з = юномМ

Де Н0 – напір, створюваний машиною при зі = соном «2 = 0.

У загальному випадку аналітичний розрахунок моменту лопатевих машин представляє великі труднощі, тому на практиці знаходить застосування графоаналітичний метод з використанням законів подібності і характеристик машин Н = / (Q) і г] = / (б), які наводяться в каталогах для номінальної швидкості машини.

/ Н0 – ЯСТ (соном / га) 2

Механічні характеристики ЦМ при різних умовах роботи показані на рис. 52.28. Характеристика 7 при роботі машини із закритою засувкою має вигляд квадратичної параболи з моментом М0 при швидкості соном. Вищенаведені способи розрахунку механічних характеристик не враховують зміни ККД машини при зміні її швидкості, тому вони застосовні в невеликому діапазоні її зміни, обмеженому знизу мінімальними значеннями подачі Qmin = (0,35 н – ^ 0,4) бном і напору Hmi "= (0 , 25 – = – 0,3) Нном.

Момент на валу об'ємних машин має пульсуючий характер:

М до Мср + Імперії sin mat,

Де Мер – середнє значення моменту; Імперії – * амплітуда змінної складової моменту; со – кутова швидкість вала машини; п – ціле число, яке визначається конструкцією машини (кількістю поршнів або пластин, ступенів та ін.)

П = 1 М, яа 0,25 М,

Пер '

Середнє значення моменту об'ємної машини Мер не залежить від швидкості, тобто об'ємні машини є механізмами з постійним моментом опору на валу. Частота пульсацій змінної складової пропорційна швидкості, а її амплітуда тим менше, чим більше п. Наприклад, при

: 1,5 Мср, а при І = 3 Імперії:

Ср-

Особливості машин для подачі рідин і газів, що визначають вимоги до електроприводу

Основними властивостями машин для подачі рідин і газів, які визначають вимоги до ЕП, є:

1) тривалий режим роботи зі спокійною навантаженням;

2) широкий діапазон потужностей – від сотень ватів до декількох десятків мегават;

3) доцільність регулювання швидкості за технологічними і енергетичних міркувань;

4) як правило, невеликий діапазон регулювання швидкості, D <(2 – г – 3): 1;

5) відсутність необхідності реверсування в силу особливостей конструкції та умов технологічного процесу (виняток становлять ОМ, для яких реверсування швидкості дозволяє змінювати напрямок подачі);

6) відсутність генераторного режиму.

Для виникнення генераторних режимів Н, В, К необхідно створення умов, за яких напрямок подачі змінюється, тобто рідина або газ повинні перетікати з виходу на вхід машини. Такі режими є небажаними, а іноді і аварійними, тому щоб уникнути їх появи на стороні виходу встановлюють зворотний клапан, який автоматично закривається, якщо зазначені умови виникають.

Характерними особливостями лопатевих машин є істотне зниження моменту при зменшенні швидкості, можливість полегшеного пуску при закритій засувці, великий момент інерції відцентрових В. Специфікою об'ємних машин є пульсації моменту на валу з постійним, не залежних від швидкості середнім його значенням і неможливість пуску при закритій засувці.

Зазначені вище особливості, в першу чергу широкий діапазон потужностей Н, В, К і доцільність регулювання швидкості, визначають різноманіття систем ЕП, застосовуваних для цих машин.

Системи електроприводів

Типи вживаних в даний час і перспективних систем ЕП Н, В, К показані в табл. 52.5. У переважній кількості випадків для цих машин застосовуються ЕП змінного струму. ЕП з двигунами постійного струму використовуються рідко для одиничних установок. Детально властивості систем ЕП змінного струму розглянуті в [52.17]. Вкажемо головні особливості.

Для нерегульованих ЕП великої потужності доцільно застосовувати синхронні двигуни (СД), так як вони можуть працювати в режимі компенсації реактивної потужності.

Регульовані системи ЕП, як правило, застосовуються для ЦМ. Ці ЕП можна розділити на чотири групи з наступними ознаками:

1) із ступінчастим регулюванням швидкості – АД з реостатним керуванням, багатошвидкісні АТ, синхронно-асинхронний ЕП (рис. 52.29);

2) з рекуперацією енергії ковзання – асинхронний вентильний каскад і двигун подвійного живлення при однозонном регулюванні швидкості вниз від швидкості холостого ходу;

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

3) з двозонним регулюванням швидкості – двигун подвійного живлення, АТ і СД з частотним управлінням;

4) з втратами енергії ковзання – АД з реостатним керуванням, з перетворювачем змінної напруги, індукційної муфтою ковзання.

Системи ЕП із ступінчастим регулюванням швидкості зазвичай застосовують тоді, коли потрібно полегшити умови пуску або забезпечити знижену продуктивність Н і В у неробочий час (нічні зміни, святкові дні тощо). Дводвигунний синхронно-асинхронний ЕП доцільний для великих В з важкими умовами пуску.

Перевагою ЕП з рекуперацією енергії ковзання є те, що потужність перетворювача, включеного в ланцюг ротора, пропорційна номінальній потужності АД і діапазону регулювання його швидкості. Це властивість ЕП з рекуперацією енергії ковзання визначає доцільність їх використання для Н, В, К великої потужності при неглибокому регулюванні, швидкості. Характеристики та властивості ЕП з рекуперацією енергії ковзання описані в [52.17]. До недоліків цих систем ЕП слід віднести необхідність застосування додаткових пускових пристроїв і низький cos <p (0,2 – 0,7) вентильних каскадів. Двигуни подвійного живлення дозволяють підтримувати coscp = 1, а при деякому збільшенні габаритних розмірів перетворювача і двигуна – працювати з випереджаючим коефіцієнтом потужності.

У двигунах подвійного живлення можна регулювати швидкість вгору від швидкості холостого ходу Ю0, при цьому енергія ковзання НЕ рекуперується, а споживається з мережі, тобто момент на валу АД створюється за рахунок сумарної потужності, споживаної з мережі по ланцюгах статора і ротора. Двозонное регулювання швидкості (вгору і вниз відносно (йоном) забезпечується також при частотному управлінні АТ і СД. Максимальне значення швидкості в цих випадках визначається граничною частотою перетворювача і допустимою швидкістю дви-

Таблиця S2.S. Системи ЕП насосів, вентиляторів, компресорів

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Продовження табл. 52.5

Тип

Механічна характеристика

Примітки

Асинхронний вентильний каскад

6Ji Ш0

0

К.

М

Необхідні додаткові пускові пристрої, – Рном <5000 кВт; D = (1,5 – г – 2): 1

С АТ подвійного живлення

Ш, <у0

0

Г.

М

Необхідні додаткові пускові пристрої – Рном <5000 кВт; D = 2: 1

С АТ (СД) і перетворювачем частоти

Зі TOB

0

Г.

М

-Рном <5000 кВт; D = 10: 1

З двигуном постійного струму і тиристорним перетворювачем

З безконтактним двигуном постійного струму (вентильний ЕП)

О), 0

Г.

М

-P ™ ixGW «125-103 кВт / с; D = 10: 1

Перспективна система ЕП великої потужності – Р "ом <20 – = – 30 МВт D = 10: 1

З лінійним АТ

V 0

,

-N

До

Перспективна система ЕП для поршневих машин

|

F

Гунів. Серійні тиристорні перетворювачі частоти, дозволяють підвищувати частоту до 60 Гц і вище (див. табл. 50.8). Максимальна частота обертання короткозамкненого АТ загальнопромислового виконання обмежується значенням 3000 об / хв, а для СД повинна узгоджуватися з заводом-виготовлювачем-телем.

При регулюванні швидкості вище С0 необхідно враховувати, що момент на валу двигунів зростає, тому їх потужність Ротах необхідно розраховувати при максимальній швидкості ow "а потім приводити до номінальної швидкості Р" ом = Ртвхюном / свіах. За відповідних законах управління в системах ЕП з частотним керуванням і з двигунами подвійного живлення можна мінімізувати (зменшити на 10-20%) втрати в двигунах.

Значне зменшення моменту при

2

V

Рис. 52.30. Коефіцієнт запасу для відцентрових машин: /-для вентиляторів; 2-для насосів

2 квітня Р, кВт

Зниженні швидкості визначає доцільність використання для лопатевих машин малої та середньої потужності асинхронних ЕП з втратами енергії ковзання. У ЕП з реостатним керуванням і муфтою ковзання потужність приводного двигуна завищувати не потрібно, тому що втрати ковзання при регулюванні швидкості виділяються в резисторах і муфті.

При регулюванні напруги потужність короткозамккутого АД необхідно вибирати таким чином, щоб втрати ковзання не викликали його підвищене нагрівання [52.3].

В останні роки у всіх розвинених країнах світу інтенсивно ведуться розробки по використанню для Н, В, К асинхронних і синхронних ЕП з тиристорними перетворювачами частоти. Потужність одиничних установок досягла 1 – 1,5 МВт. Ведуться також розробки вентильних ЕП на базі СД л! машин спеціального виконання, які доцільно використовувати для Н, В, К великої потужності.

1

0

Для поршневих машин ведуться роботу по створенню ЕП з лінійним АД. Є відомості про такий ЕП для плунжерних Н, призначених для відкачування нафти зі свердловин глибиною до 2,5 – 4 км.

Потужність двигунів для Н, В, К розраховується за співвідношенням

Рд = МРР / Пп,

Де Р – потужність на валу Н, В, К при максимальній швидкості машини; rin – ККД передавального пристрою; к3 – коефіцієнт запасу, що враховує неточності розрахунку Р (при Р> 5 кВт к3 «1,1 для Р <5 кВт значення fcj наведені на рис. 52.30); кр – коефіцієнт, уточнюючий потужність двигунів у регульованих системах ЕП (для нерегульованих ЕП fep = 1).

Значення кр, а також межі регулювання швидкості різних систем ЕП наведено в табл. 52.6.

Значення кр, наведені в табл. 52.6, не враховують зміну тепловіддачі двигунів при регулюванні їх швидкості. Однак внаслідок зниження моменту двигуна при зменшенні швидкості погіршення тепловіддачі не призводить до збільшення нагріву двигунів. Виняток становлять короткозамкнений АД з регулюванням напруги, коли втрати ковзання виділяються всередині двигуна. У цих випадках достатньо врахувати погіршення тепловіддачі на швидкості, при якій втрати ковзання максимальні.

Список літератури

52.1 Александров М. П. Підйомно-транспорт – ні машини. М.: Машинобудування, 1979. 558 з.

52.2. Ваннсон А. А. Підйомно-транспортні ма – шійи. М.: Машинобудування, 1975. 431 з.

52.3. Див [50.20].

Таблиця 5Z6. Межі регулювання швидкості і значення кр регульованих систем ЕП для Н, В, К

Система ЕП

Межі регулювання швидкості

Кр

АД з частотним керуванням

0,1 ш "ом-314 1 / с

И Юном / Ю / Яш;

СД з частотним керуванням

«'Ном – шдопСД

М юному 1атах

Вентильний каскад

(0,5 1) юному

1,1

Двигун подвійного живлення

(0,65 1,35) шНом

Юному / Ю / яах

АД з регулюванням напруги

(0,5 н – 1) илом

А Ргтах

Р з

Ном ^ ном

АД з реостатним керуванням, муфтою

(0,5 1) юному

1

Ковзання

Двигун постійного струму

(0,1 ^ 1) зі "ом

1

Вентильний двигун

0,1 Юном ~ ~ Юдоп СД

1Л ® ном / Атаху

52.4. Соколов М. М. Автоматизований електропривод загальнопромислових механізмів. М.: Енергія, 1976. 488 с.

52.5.Казак С. А. Динаміка мостових кранів. М.: Машинобудування, 1968. 332 с.

52.6.Крановое електрообладнання: спра – вочнік / Ю. В. Алексєєв, А. П. Богословський, Є. М. Певзнер та ін. / За ред. А. А. Рабиновича. М.: Енергія, 1979. 240 с.

'52 .7. Шеффлер М., 'Дресіг X "., Курт Ф. Вантажопідіймальні крани. Кн. 2: Пер. С нім. / Под ред. М. П. Александрова. М.: Машинобудування, 1981. 287 с.

52.8.Електрооборудованіе кранів / А. П. Богословський, Є. М. Певзнер, Н. Ф. Семерньов та ін М.: Машинобудування, 1983, 310 с.

52.9. Федорова 3. М., Лукін І. Ф., Нестеров А. П. Підйомники. Київ: Вища школа, 1976. 296 с.

52.10.Чутчіков П. І., Алексєєв М. І., Прокоф'єв А. К. Електрообладнання ліфтів масового застосування. М.: Машинобудування, 1983. 168 с.

52.11.Буль В. Я., Ключів В. І., Седаков Л. В. Налагодження електроприводів екскаваторів. М.: Недра, 1975. 312 з.

52.12. Одноковшові екскаватори НКМЗ / Ю. Я. Буль, Ю. Т. Калашников, А. В. Сапілов, І. М. Харахаш. М.: Недра, 1978. 189 с.

52.13. Конвеєри: Довідник / Р. О. Волков,

A. Н. Гнутов, В. К. Дьячков та ін. / За ред. Ю. А. Перт. Л.: Машинобудування, 1984. 367 с.

52.14. Стрічкові конвеєри в гірській промисловості / В. А. Дьяков, Л. Г. шахмейстер,

B. Г. Дмитрієв та ін. / За ред. А. О. Співаковського. М.: Недра, 1982, 349 с.

52.15. Опіваковскій А. О., Дячків В. К.

Транспортуючі машини. М.: Машинобудування, 1983. 487 с.

52.16. Червоненко А. Г., Раздольский А. Г., Заболотний Ю. В. Динаміка протяжних гірських транспортних машин. Київ: Наукова думка, 1983. 192 с.

52.17. Онищенко Г. Б., Юіьков М. Г. Електропривод турбомеханізмів. М.: Енергія, 1972. 240 с.

52.18. Степанов А. І. Відцентрові і осьові насоси. М.: Машгіз, 1960. 462 с.

52.19. Черкаський В. М. Насоси, вентилятори, компресори. М.: Вища школа, 1984. 415 з.

Розділ 53

Електротермічного обладнання

ЗМІСТ

53.1. Електричні печі опору і установки прямого нагріву. Опис конструкцій і характеристика основних типів електропечей опору непрямого дії (151). Електричні нагрівальні елементи (161). Електричні печі та пристрої прямого нагріву (163). Електричне обладнання та автоматичне регулювання температури (164)

53.2. Дугові печі і установки електрошлакового переплаву. Дугові трифазні печі прямого дії для плавки сталі (165). Рудовідновних печі (169). Дугові однофазні печі непрямого дії (171). Вакуумні дугові печі (ВДП) (173). Установки електрошлакового переплаву (174)

53.3. Установки індукційного і діелектричного нагріву. Індукційні канальні печі (176). Індукційні печі тиглів (177). Індукційні нагрівальні установки (182). Високочастотні установки для нагріву діелектриків та напівпровідників (185)

53.4. Характеристики спеціальних матеріалів для електричних печей …. 185

53.5. Установки плазмового та електронного нагріву. Обшіе відомості (190). Керовані системи електроживлення (УСЕП) плазмових ЦЮ (193). Вакуумні плазмові печі (197). Електронні печі (199)

Список літератури ………………………………….. 201

53.1. ЕЛЕКТРИЧНІ ПЕЧІ ОПОРУ І УСТАНОВКИ ПРЯМОГО НАГРІВАННЯ

Опис конструкцій н характеристика основних типів електропечей опору непрямого дії

В електричних печах опору побічної дії електрична енергія перетворюється в теплову в нагрівальних елементах і від них тепло шляхом випромінювання, конвекції і теплопровідності передається нагрівається тілу.

За способом завантаження та характером роботи в часі електричні печі опору поділяються на садочна (печі періодичної дії) і методичні (печі безперервної дії).

У садочна печі нагрівається завантаження нерухома протягом усього часу перебування в печі. Садочна печі можуть працювати цілодобово (при циклічно чергується завантаженні і вивантаженні), позмінно або епізодично – у міру потреби. За конструктивною ознакою ці печі поділяються на наступні основні типи: камерні, шахтні, колпаковие і ванни.

У літерних позначеннях типових печей опору перша буква (С) позначає метод нагріву – опором; друга літера визначає конструкцію електропечі: Н – камерна, Ш – шахтна, К – конвеєрна, Б – барабанна, Т – толкательние, Р – рольгангові, В – ванна , П – протяжна, Е – елеваторна і т. д.

Третя літера позначає характер середовища: О – окислювальна (звичайна атмосфера), 3 – захисна, Ц – цементаційна газ, С – сіль і луг, Р – агресивне середовище, К – компресія (підвищений тиск у печі).

В цифрах, наступних за буквеним позначенням, чисельник дає розміри робочого простору в дециметрах, а знаменник – максимальну температуру печі в сотнях градусів стоградусной шкали.

Камерні печі є універсальними за призначенням. У них виробляється нагрів для різних видів термічної та термохімічної обробки виробів з чорних і кольорових металів. Камерна піч (рис. 53.1, табл. 53.1) в основі являє собою футерованную камеру. На внутрішніх поверхнях пічної камери монтуються нагрівальні елементи зі спеціальних жаростійких високо – омних сплавів (див. табл. 15.25) у вигляді дротяних зигзагів і спіралей або зигзагів зі стрічки [53.1, 53.5], а для печей з робочою температурою 1200-1350 ° С застосовуються стрижневі нагрівачі з карборунд КЕН (див. табл. 53.14) [53.12].

Футеровка печі виконується в кожусі з листової і профільованої сталі. Завантаження та вивантажити. са виробів виробляються через вікно з дверцятами, що має ручний або електромеханічний привід.

Різновидами камерних печей є печі з висувним подом (табл. 53.1) та елеваторні. Під печі являє собою футерованную візок, яка має електромеханічний привід. Елеваторна піч має також рухливий під – візок (на одну піч їх може бути 2 – 3), яка піднімається в пічну камеру спеціальним підйомним столом. Елеваторні печі найчастіше застосовуються для спеціального відпалу чавунних деталей (процесу отримання ковкого чавуну).

Шахтні печі (рис. 53.2, табл. 53.1) в основному призначаються для термообробки виробів при дрібносерійному виробництві.

1 г з ч

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 53.1. Камерна електропіч: I – механізм підйому дверцят; 2 – висновки нагрівачів; 3 – кожух; 4 – футеровка; 5 – нагрівачі;

6 – газоподвод

Колпаковие печі (рис. 53.3, табл. 53.1) застосовуються переважно для світлого відпалу пакетів листової сталі, рулонів стрічки і бунтів дроту. Колпакова піч складається з нерухомого футеровані стенду, на який встановлюється завантаження, накривається жаротривкого муфелем, і ковпака. Ковпак, який несе основну частину нагрівальних елементів печі, може переміщатися за допомогою мостового крана з одного стенду на інший. Так як при відпалі потрібне тривале охолодження виробів, на один

Таблиця 53.1. Технічні дані деяких

Найменування і основне • призначення

Тип

Потужність, кВт

Напруга на нагрівачах, В

Число фаз

Максимальна робоча

Температура, ° С

Камерна зі звичайною

СНО-3.6.2/Ю-І2

14,6

72

1

1000

Атмосферою (повітря) раз

СНО-6.12.4/10-І2

71

103

3

1000

Особистого призначення

Камерна зі звичайною

СНТ-3.2.6.2, 5/15-М1

23,5

20-26

1

1500

Атмосферою високотем

Температурні

Камерна з окисли

CH3/CHO-3.6.2/10-M1,

14

72

1

1000

Тельной (СНТ) і захистів

Ної (СНЗ) атмосферою

Різного призначення

СНЗ/СНО-6.12.4/Ю-М1

58

103

3

1000

Шахтна для нагріву

СШО-6.20/10-М1

100

65-55

3

1000

Під загартування, отжиг і нір

Малізацію у звичайній ат

Мосфере

CIIIO-lO. lO / lO-Ml

111

56-47

3

1000

Шахтна того ж назна

СШЗ-10.20/12,

211

130

3

1200

Чення з захисною атмо

СШ 3-15.30/10

Сферою

Шахтна для нагріву

СШЗ-6.6/7-М1

37,2

220

3

700

Під високий відпустку в

СШЗ-б. ЗО/7-Ml

107,2

220

3

700

Захисній атмосфері

Шахтна для цементу

СШЦМ-6.6/9-М1

73,2

65-55

3

900

Ції та інших видів тер

Мообработкі в захисній

СШЦМ-6.20/9-ІЗ

108,2

65-37

3

900

Атмосфері

Камерна з видвіж

СДО-10.20.80 / 8

300

380

3

800

Вим подом для нагріву

Заготовок

СДО-28.56.20/12

1100

500

3

1200

Колпакова для відпалу

СГО-40.50.25 / 7

570

380

3

750

Колпакова для світло

СГЗ-10.56.10/10

436

380

3

950

Лою відпалу бунтів про

Волоки

СГЗ-18.38.19 / 8,5

600

380

3

850

Печей опору періодичного дії

Потужність холостого ходу, кВт

Число теплових зон

Потужності теплових зон, кВт

Габаритні розміри: довжина х х ширина х х висота, мм

Маса, т

Примітка

4,4

1

14

1575x1040x1570

1,1

9,5

1

70

2850 х 2050 х 2495

4,1

-

7,0

1

-

1900x1380x1950

4,3

Нагрівачі

З дисилицида

Молібдену

1150

6,0 / 4,5

1

-

1575 х х 1570

1,0 / 0,97

-

1040

2055

13,5 / 9

1

-

2850 х х 2490

3,75 / 3,7

_

1820

17,0

3

1-40;

2825х2310х

4,4

1 Габаритні

II-30;

Х4645

Розміри

Ш-30

4070x3060x3700

З відкритою

16,0

2

1-55;

4,67

Кришкою

II-55

24,0

3

3×70

4675 х 3625 х 5300

9,83

8,0

1

35

2750x2320x3345

2,3

З циркуляцією

16,6

3

1-35;

2600 х 2380 х 5950

5,7

Пічної

II-35;

'Атмосфери

III-35

9,0

2

1-40;

2650 x 2600 x 3015

3,4

II-30

14,0

3

1-30;

2750x2850x4380

5,8

II -45;

Ш-30

-

3

1-105;

9800х2900х1300

27

-

II-105;

III-90

-

3

-

2500 х 7050 х

150

Х 9520

-

-

-

7600 x 7000 x 6540

88,5

-

38

3

-

28125х3570х

87

_

Х4470

45

3

-

6360x4580x4850

94

-

Колпак передбачається два-чотири стенду. Число стендів п = Хохлов / ХН + 1, де тохл і тн – час охолодження і нагріву завантаження. Нагрівання і охолодження виробів здійснюється під жаротривкого муфелем в атмосфері захисного газу або у вакуумі. Форма ковпака, стенду та муфеля в залежності від конфігурації завантаження може бути циліндричною, еліптичної або прямокутної.

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 53.2. Шахтна електрична піч: 1 – механізм підйому та повороту кришки; 2 – кришка; 3 – кожух печі; 4 – футеровка; 5 – напрямні; 6 – кошик; 7 – подова плита; 8 – нагрівачі; 9 – контрольна газова свічка; 10 – патрубок введення газу; 11 – введення термоелектричного термометра

Електричні ванни являють собою широку групу печей опору, що відрізняються один від одного як за призначенням, так і по конструкції.

Найбільш поширеними видами "лектріческіх ванн є:

А) електродні соляні ванни;

Б) соляні і масляні ванни із зовнішнім або внутрішнім обігрівом нагрівальними елементами.

В електродних соляних ванн (рис. 53.4) теплова енергія виділяється в розплавленої солі (як правило, суміші солей) за рахунок протікають у ній струмів, а нагреваемая завантаження отримує тепло від рідкого теплоносія – солі – за допомогою конвекції.

Основним призначенням електродних соляних ванн є нагрів сталевих деталей під термічну обробку при температурах до 1300 ° С. Електродні соляні ванни живляться від мережі через спеціальні знижувальні трансформатори, що забезпечують можливість отримання на електродах робочої напруги 6,5-20 В.

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 53.3. Колпакова електрична піч: 1 – каркас ковпака; 2 – футеровка ковпака; 3 – каркас стенду; 4 – футеровка стенду; 5, 6 – нагрівачі ковпака; 7 – нагрівач стенду; 8 – муфель; 9 – підведення газу; 10 – термоелектричний термометр

Прикладами електродних соляних ванн вітчизняного виробництва є ванни СВС-1.3/13 і СВС-2.3/13 на максимальну робочу температуру 1300 "З з трансформаторами потужністю відповідно 63 і 160 кВ-А.

Для різних видів хіміко-термічної обробки при температурах до 900 ° С (цементація, ціанування та ін) застосовуються ванни з металевими тиглями, що обігріваються зовні нагрівальними елементами. Нагрівання завантаження здійснюється в розплавлених солях або лугах. Для нагріву деталей під загартування в таких ваннах в якості рідкого теплоносія іноді використовується розплавлений свинець.

Для хіміко-термічної обробки сталевих виробів вітчизняної електропромисловості випускаються електричні ванни із зовнішнім електрообігрівом тигля типу СВГ-1, 5.2 / 8,5, СВГ-2, 5.3,5 / 8,5 і СВГ-3, 5.4 / 8,5 на максімачьную робочу температуру 850 "З потужністю відповідно 10, 20 і 30 кВт з живленням від трифазної мережі змінного струму 220 або 380 В.

У методичних печах нагріваються вироби безперервно або циклічно переміщуються від завантажувального кінця печі до розвантажувального. Методичні печі застосовуються для серійного і потокового виробництва. Низькотемпературні печі методичного дії мають вентилятори або калориферні пристрої, які створюють примусову циркуляцію атмосфери всередині робочої камери для інтенсифікації процесу нагріву і вирівнювання температури. Назва печі, як правило, визначається типом транспортуючого механізму.

Конвеєрні печі (рис. 53.5). Переміщення виробів усередині пічної камери здійснюється конвеєрним механізмом. Стрічка або ланцюг конвеєра в печах з робочою температурою вище 500 ° С виконується з жаротривкої сталі, марка якої вибирається в залежності від робочої температури печі та механічного навантаження конвеєра (див. табл. 53.17). Електромеханічний привід конвеєра монтується близько завантажувального або розвантажувального кінця печі. Завантаження виробів на конвеєр проводиться різними способами: штовхачем, з бункера або з пульсуючого лотка. Вивантаження виробів здійснюється через вертикальний (в гартівних печах) або похилий (в печах відпалу і відпустки) патрубок. У табл. 53.2 наведені дані деяких конвеєрних печей типів СКЗ та СКО. Конвеєрні гартівно – відпускні агрегати (СКЗА) крім електропечей включають допоміжне технологічне обладнання: гартівний бак, мийну машину, проміжні транспортуючі пристрої.

Толкател'ние печі (табл. 53.2). Вироби проштовхуються по напрямних або роликам пода печі за допомогою що знаходиться перед завантажувальними дверцятами печі механізму -

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 53.4. Соляна електродна ванна: 1 – струмопідведення; 2 – парасольку; 3 – хпектродпая група; 4 – перегородка; 5 – футеровка; 6 – внутрішній кожух; 7 – пірометр; S – зовнішній кожух

Штовхача. Дрібні вироби або вироби складної конфігурації проштовхуються на спеціальних піддонах, черевиках або візках. Направляючі і транспортують деталі для печей з температурою вище 500 ° С виконуються з жаротривких сталей (див. табл. 53.18). Завантаження і вивантаження виробів проводиться механізмами з гідравлічним або електричним приводом.

Різновидом штовхальних печей є струмкові печі. Направляючими в цих печах служать жаротривкі лотки – «струмки», по яких за допомогою штовхачів переміщаються уздовж печі (у кілька паралельних «струмків») однотипні деталі, що мають правильну циліндричну (кільця, втулки) або іншу зручну для проштовхування по вузьких лотках форму.

Барабанні печі (рис. 53.6) призначені для нагріву дрібних виробів сферичної, циліндричної (кульки, ролики, кільця) або інший округлої форми. Піч має завантажувальний бункер, з якого вироби потрапляють в жаротривкий барабан, що має всередині гвинтову порожнину. При обертанні барабана вироби перекочуються з одного витка барабана в інший і пересуваються вздовж печі до розвантажувального патрубка. Електромеханіч-

Іл Os

Таблиця 53.2. Технічні дані деяких печений опору безперервної дії

Найменування і призначення

Тип

Потужність, кВт

Напруга на

Нагрівачах,

В

Максимальна робоча температура, ° С

Продуктивність, кг / год

Потужність холостого ходу, кВт

Число теплових зон

Потужності теплових зон, кВт

Габаритні розміри: довжинах "х ширина х х висота, мм

Маса, т

Примітка (тиц завантаження)

Конвеєрна:

Для гарту сталь

СКЕ-4.30.1/9І4

102

25-130

900

160-260

35

3

1-60;

6700x2470x2900

12,55

Пульсуючі

Них виробів в за

11-20;

Щий під

Щитно атмосфері

III-20

СКЕ-6.30.1/9ІЗ

142

32-162

900

235-380

40

3

1-72; II -38; III-30

6460 х 3000 х 2900

12,76

Пульсуючий під

СКЗ-8.40.1/9І4

224

43-166

900

410-670

58

3

1-122;

II – 63;

III – 36

9600x3300x2900

18,6

Штовхач

СКЗ-10.40.1/9І1

258

52-195 /

900

520-840

68

3

1-140; II -77; III-40

9600 х 3300 х 2900

18,5

Бункер

Для відпустки сталь

СКЕ-4.30.1/7ІЗ

73

98-196

700

160 – 260

20

3

1-37;

6460x2540x2900

11,8

Пульсуючі

Них виробів в захистів

II -15;

Щий під

Ної атмосфері

III-13

СКЗ-8.40.1/7І2

157

130-220

700

410-670

32

3

I – 78;

II – 49;

III – 23

6600x3190x2900

19,0

Бункер

СКЗ-10.40.1/7І1

193

90-220

700

520-840

37,5

3

1-95; II -60; Ш-30

6600 х 3380 х 2900

18,7

Бункер

Для низькотемпературного відпустки

Для рекрісталліза – ційного відпалу і відпустки деталей З пульсуючим подом для гарту сталевих виробів в захисній атмосфері

Рольгангові для різних термічних процесів

. Толкательние:

Для нормалізації сталевих виробів для гарту сталевих виробів Барабанна:

Для гарту сталевих виробів

Для цементації і нітроцементації Карусельна для нагріву сталевих виробів під загартування

СКО-6.40.3 / 3,5 И1 СКО-12.60.3 / 3,5 И1

СКЗ-4.20.1/11І1

ЗІЗ-4.20.1 / 9 ЗІЗ-6.40.1 / 9

СРЗ-8.160.10/10

СРЗ-12.240.4 / 1 IX -150

СТО-10.60.5/10 СТЗ-5.40.5/10

СБЗ-4.24 / 9

СБЦ-6.25/10

350350

1100

900

900

1000

1100

950950

900 950 1100

75

80150

1500

1200

360235

95120550

55-90

90-120 105-120

173-225

33-50 65-75

61-106 33-80 196-380

CA3-53.21.7/10

160 – 260 410-670

I – 30;

II – 10 1-55; II -15;

III – 20

I – 55;

II – 20

I – 50;

II – 30 1-80;

II-40;

III – 30 1-320;

II і VI-260;

III-240; IV і V-210

1-146; Й-89

I – 65;

II – 30

I і IV-89; V – 135; II, III VI-76

11270х2865х х2760

13 ТОВ[§]Х1960х х 2250

7500 х 2000 х 2500

12500х2500х х 2500

20460 x 4660 x 4500

45500 * х х 3500 х 3000

13800x4800x4000

9800 x 4800 x 4000

7,0 11,6

8,6

7,0 11,5

93

135

38 40

13

14 80

7000 х 3000 х 3000 7000 х 3500 х 3000 9500 х 7000 х 6500

У / / / У / ' Щ / /, 'Ж / / / W / А / / / / / / / / / / / / W / / / '2650

Рис. 53.6. Барабанна муфельна

Електропіч: 1 – футеровка; 2 – нагрівачі: 3 – жаротривкий муфель; 4 – завантажувальний бункер; 5 – гартівний бак; 6 – розвантажувальний шнек; 7 – привід муфеля

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Вид А

7270

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 53.5. Конвеєрна електропіч: I – каркас; 2 – футеровка; 3 – нагрівачі; 4 – привід конвеєра; 5 – натяжний пристрій

Ський привід барабана монтується на торцевій стінці печі з боку вивантаження.

Карусельні печі (табл. 53.2). Під печі, виконуваний зазвичай у вигляді футерованной кільцевої візки, обертається від електромеханічного приводу. Завантажувальне та розвантажувальне отвори або поєднані, або знаходяться в безпосередній близькості один від одного. Завдяки відсутності жаротривких конструкцій всередині печі робоча температура печі лімітується тільки допустимою температурою матеріалів нагрівальних елементів і вогнетривкої кладки печі (табл. 53.13, 53.18).

Рольгангові печі (табл. 53.2). Переміщення виробів у печі здійснюється рольгангом поду. Ролики виконуються з жаротривких матеріалів і приводяться в обертання ланцюговою передачею. Рольгангові печі застосовуються для термічної обробки великогабаритних виробів (труб, профільного і листового прокату, скла, підшипникових кілець та ін) або дрібних виробів, що розміщується в піддонах.

Протяжні печі призначаються для термічної обробки і процесів емалювання дроту і стрічки. Стрічка або дріт переміщується уздовж печі спеціальними намотувально-розмотувальні механізмами, що знаходяться поза печі. Для термічної обробки частіше застосовуються горизонтальні печі, а для емалювання – вертикальні.

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис 53 7. Високотемпературна вакуумна електропіч 1 – водоохолоджуваний кожух печі; 2 – кришка; J – нагрівач; 4-6 – екрани; 7,8 – висновки кагревател)

9 – баньки

Високотемпературні вакуумні печі (рис. 53.7). Для термообробки або плавки дуже чистих за хімічним складом і тугоплавких матеріалів застосовуються високотемпературні вакуумні печі опору.

Нагрівачі в печах цього типу виконуються з молібдену, вольфраму, ніобію, танталу або графіту.

Таблиця S3.3. Технічні дані деяких вакуумних печей опору

Найменування

Тип

Потужність встановлена, кВт

Напруга на нагрівачах, В

Максимальна робоча температура, ° С

Число теплових зон

Шахтна високотемператур

СШВ-1, 5.3/25

192

20-43

2500

1

Ная безмуфельних

СШВ-2.20/20ЕМЗ

570

11-18

2000

4

СШВ-8.12/13ЕМ1

303

10-26

1300

3

Камерна високотемпера

СНВ-1.10.3/25

400

І

2500

1

Турне безмуфельних

СНВ-2.42/25

430

15

2500

1

Камерна з висувним по

СНВ-5.15.5/11, 5м2

170

77-87

1150

4

Будинок

СНВ-15.30.5/11, 5

485

66-142

1150

4

Елеваторна високотемпе

РЕВ-2, 5.5/20Е

200

19

2000

1

Температурного із завантажувальним

СЕВ-5.5/20

340

19

2000

1

Піддоном

СЕВ-8.8/16ЕМ1

510

28

1600

1

Толкательние високотемпе

СТВ-3, 8.38/16 – х30

620

13,3

1600

4

Температурного

Тунельна

CJIB-16.128.16/14 ,5-х64

2000

30-60

1450

3

Продовження табл. 53.3

Габаритні

Осту

Потужності

Розміри:

Маса, т

Найменування

Теплових зон, кВт

Довжинах х ширина х

Точне тиск, Па

Примітка

Х висота, мм

Шахтна високотем

190

3300х2545х1910

3,5

0,01

Нагрівачі з карбіду

Температурні безмін-

Ніобію

Фел'ная

1-120; II-150; Ш-150; IV-120

4650x4170x11250

15,2

0,001

Нагрівачі з вольфрамової дроту

1-45;

9100x5520x5610

18,3

0,001

Нагрівачі з молібдену

II-165;

III-50

Камерна високотем

-

6350x4900x3500

16,3

0,001

Нагрівачі з вольфраму

Температурні безмін

Фельний

-

6000 х 4710 х 3085

15,8

0,001

Нагрівачі з вольфраму

Камерна з висувним

4×35

5900 х 5220 х 2740

10,5

0,001

Нагрівачі з молібдену

Подом

1-50;

15200x4900x6000

45

0,1

Нагрівачі з молібдену

І-130;

III-50;

IV-110

Елеваторна високо

1-80

4100x2730x4100

9

0,001)

Нагрівачі з вольфра

Температурна з за

300

6800x4900x5900

19,3

0,001 <■

Мових прутків

Грузочних піддоном

480

9150x4900x6300

39

0,001 J

Нагрівачі з молібденових прутків

Толкательние високо

-

11470 x 5200 x 7800

42

5

Нагрівачі з графіту

Температурна

Тунельна

44000x11500x7200

195

0,1

Дві камери нагріву і одна камера охолодження

Піч працює в комплексі з вакуумною установкою, відкачують перед включенням нагрівачів повітря з робочої камери і підтримуючої необхідну ступінь розрідження протягом всього циклу роботи печі.

Особливістю високотемпературних вакуумних печей є або повна відсутність футеровки, або виконання її дуже тонкою і легкою. Часто замість футеровки використовується система теплових екранів з жаростійких матеріалів, що володіють малим коефіцієнтом випромінювання. При відсутності футеровки піч дуже швидко розігрівається до робочої температури і значно прискорюється процес відкачування повітря з робочого простору печі.

Конструкція нагрівачів у високотемпературних вакуумних печах визначається в основному властивостями і сортаментом застосовуваних для нагрівальних елементів матеріалів. Металеві нагрівальні елементи виконуються з дроту і прутків (зигзагоподібні, стрижневі, шпилькові) або тонколистового матеріалу (рис. 53.7).

Графітові та вугільні нагрівачі застосовуються у вигляді стержнів, трубок або кілець. Характеристики високотемпературних вакуумних печей наведено в табл. 53.3 [53.5, 53.7].

Лого перетину (дротяний зигзаг, спіральний, стрижневий) визначається за формулою

Ю5ПРг,

D =

2UlW "

Де ргор – питомий електричний опір матеріалу нагрівача в гарячому стані, мкОм-м; Wn – допустима питома поверхнева потужність нагрівача, Вт/см2.

Розрахункова довжина дроту або стрижня на фазу, м,

= Rnd2 _ NU% d2 Ф Ргор4 4 • 103Рфргор "

Для стрічкового нагрівача або стрижня прямокутного перерізу розміри перерізу, мм, визначаються за фсуемуле

105Р | РГ,

Електричні нагрівальні елементи

Електричні нагрівальні елементи промислових печей опору виконуються для робочих температур до 1200 ° С з спеціальних жаростійких металевих сплавів високого опору, для печей з температурою до 1350 ° С – з карборунд (карбіду кремнію). У печах з робочою температурою вище 1350 ° С застосовуються нагрівачі з молібдену, вольфраму, вугілля, графіту і ДіСі – ліціда молібдену. Властивості матеріалів для нагрівачів див. в розд. 15 (табл. 15,25) і в табл. 53.13. Характеристики випускаються вітчизняною промисловістю типових нагрівачів з карборунд і дисилицида молібдену дані в табл. 53.14 і 53.16.

Металеві нагрівальні елементи виконуються з круглої дроту і зі стрічки (в окремих випадках можуть застосовуватися литі нагрівачі). Неметалічні нагрівачі найчастіше виготовляються у вигляді стрижнів круглого або прямокутного перерізу.

Розрахунок нагрівальних елементів. Вихідні дані: Рф – потужність на фазу або одну фазову гілку при паралельному з'єднанні декількох гілок у фазі, Вт; 1 / ф – фазна напруга, В; 1ІЗД – кінцева температура вироби, ° С.

За максимальній температурі нагрівається вироби вибирається матеріал нагрівальних елементів.

Для вибраного матеріалу з урахуванням його максимальної робочої температури і певної конструкції нагрівача визначається значення допустимої питомої поверхневої потужності нагрівача Wn, Вт/см2.

Розрахунковий діаметр, мм, нагрівача коло

2т (т + 1) T / J Wa '

Де m = b / o (рис. 53.8).

Зазвичай для стрічкових нагрівачів m == 5 – ^ 15 відповідно до сортаментом випускається стрічки. Довжина стрічки (або стрижня) на фазоветвь, м,

Rob = [/ | Ma2 Prop Ю3РфРгор '

Для спірального дротяного нагрівача середній діаметр спіралі вибирається з умов механічної міцності нагрівача (мал. 53.8); D = (4 +6) d для хромоалюмі - ніевих сплавів 0Х23Ю5, 0Х27Ю5А і Фех - раля; D = (7-f-10) d для ніхрому і сплавів ХН70Ю, Х15Н60ЮЗА.

Крок витків спіралі S> 2d. Для стрічкового зигзагоподібного нагрівача висота петлі приймається за умовами механічної міцності нагрівача А 100а. Рекомендується крок хвилі S> 2'(рис. 53.8). Для дротяного зигзагоподібного нагрівача S> 3 * 5 d.

Вибір питомої поверхневої потужності нагрівача високотемпературній печі (1печі >> 700 ° С). У печах з робочою температурою 1печі> 700 ° С теплообмін між нагрівачем і виробом здійснюється переважно випромінюванням.

-Ц) -

Якщо уявити собі електричну піч, в якій відсутні втрати через кладку печі (Рпот = 0) і нагрівач виконаний у вигляді суцільного тонкого листа, який охоплює завантаження, то при допущенні рівності поверхні нагрівача і вироби FH = Fmд рівняння теплообміну випромінюванням між таким ідеальним нагрівачем і поверхнею на-

Січе а

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

500 600 700 BOO 900 1000 7700 7200 T ^ 'C

Рис. 53.9. Криві питомої поверхневої потужності ідеального абсолютно чорного нагрівача

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 53.8. Конструктивні розміри дротяного спірального (о) і стрічкового зигзагоподібного (б) нагрівача

S)

Греваемого вироби має вигляд

Р "е, і = - (l ^)

Звідки питома поверхнева потужність ідеального нагрівача

"- ^ -" S ^ np

LV 100 у V 100)

У цих рівняннях: Рпечн - потужність печі, Вт; FH - поверхня нагрівача, м2; Тт Ткзд - температури нагрівача та вироби, К; Cs = 5,7 Вт / (м2 • К4) - випромінювальна здатність абсолютно чорного тіла; Епр - наведений коефіцієнт теплового випромінювання:

______________________ 1______

8пР "1 / Е" + 1/еізд - 1 '

Де вн і еізд - коефіцієнти теплового випромінювання матеріалу нагрівача і матеріалу виробу; ws - питома поверхнева потужність при теплообміні двох абсолютно чорних тіл.

Значення ws в залежності від температури абсолютно чорного нагрівача і абсолютно чорного вироби дани сімейством кривих на рис. 53.9.

■ У реальних умовах роботи печі частина потужності нагрівача, рівна тепловим втратам через стінку печі, поглинається футеровкою. Теплообмін випромінюванням в камері печі з реальним нагрівачем являє собою складну картину. Має місце взаємне екранування окремих витків і секцій (спіралі, зигзаги) нагрівача. Якщо нагрівачі укладаються в пази на полички, футеровка також частково екранує нагрівачі. Крім того, внутрішня поверхня футеровки бере участь у теплообміні з поверхнею нагрівається вироби.

Ці фактори можуть бути враховані коефіцієнтом ефективності випромінювання нагрівача ССеф.

Допустима питома поверхнева потужність нагрівача

№ доп = Епр ^ СЦф.

Нагрівачів наведені

Рекомендовані значення <х, ф для различ

Вих конструкції нижче:

Дротяні спіралі, напівзакриті в пазах футеровки .... 0,16-0,24 Дротяні спіралі на поличках

І на трубках .................................. 0,3-0,36

Дротяні зигзагоподібні або

Стрижневі .................................... 0,6 - 0,72

Стрічкові зигзагоподібні. . . 0,38-0,44 Стрічкові профільовані (обо-

Довие) і литі .............................. 0,56-0,7

Розрахунок нагрівальних елементів можна вести, грунтуючись на наявному сортаменті дроту стрічки або неметалевих стрижнів. Маючи розрахунковий опір фазоветві нагрівача Кф = 1 / | / Рн і вибираючи з наявного в наявності матеріалу розміри перерізу дроту, стрічки або стрижня, можна отримати довжину нагрівача на фазоветвь, м:

= ЩЛ Prop = ^ ф / / Ргор ^ н-

Розрахований таким чином нагрівач перевіряється на допустиму питому поверхневу потужність

= Р "/ Р".

Для дроту і стрижнів круглого перерізу

№ "= Рі / П (1Ьф,

А для стрічки і стрижнів прямокутного перерізу

Wh = Рн / 2 (А + Ь) Ьф.

Якщо отримане значення питомої поверхневої потужності менше допустимого (v% № д), нагрівач обраний правильно. Якщо w "> № д, розмір перетину нагрівача при даній схемі з'єднань нагрівача не підходить. У цьому випадку необхідно збільшити перетин і відповідно довжину нагрівача, а за відсутності можливості розміщення такого нагрівача слід вважати вимушеним зменшення заданої потужності нагрівача.

При розрахунку нагрівальних елементів слід мати на увазі, що для промислових печей опору з робочою температурою вище 700 ° С дріт діаметром менше 3 мм і стрічку тонше 1,5 мм за малого терміну їх служби застосовувати не рекомендується.

Нагрівачі з карборунд (КЕН) і ДіСі - ліціда молібдену (Дм) можуть бути обрані з наявного сортаменту (табл. 53.15 і 53.16). Розрахунок зводиться до визначення кількості нагрівачів і їх розміщенню в робочому просторі печі з наступною перевіркою на допустиму питому поверхню потужність.

Розрахунок нагрівачів низькотемпературних печей див. в [53.1].

Електричні печі та пристрої прямого нагріву

При протіканні струму через нагрівається предмет в ньому виділяється тепло джоуля, Дж,

Q = I2Rx,

Де I – струм, A; R – опір предмета, Ом; т – час, с.

Печі прямого нагріву застосовуються для процесу графітизації вугільних електродів, в скловарної промисловості, при виробництві карборунда та ін Проектуються і виготовляються печі прямого нагріву індивідуально для конкретних технологічних процесів у відповідності з необхідним температурним режимом і заданої виробник-

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 53.10. Електродний водогрійний котел

На напругу 380 В: 1 – патрубки підведення і відведення води; 2 – механізм переміщення антіелектрода; J – кришка; 4 – корпус; 3 – антіелектрод; б – електроди; 7 – ізоляційні втулки; 8-токоподвод

Ністю. Пристрої прямого нагріву застосовуються в штампувальному і ковальському виробництвах для нагріву прутків, труб і деталей циліндричної форми (табл. 53.4). Розрахунок установок прямого нагріву наведено в [53.5].

Розроблено ряд конструкцій установок для прямого нагріву під пластичну деформацію і термічну обробку сталевих циліндричних заготовок, прутків, труб, дроту. Створені також установки прямого нагріву для термічної обробки виробів з тугоплавких і хімічно активних металів у вакуумі або захисному середовищі.

До установок прямого нагріву відносяться також електродні водогрійні типу КЕВЗ і парові типу КЕП і котли, що знайшли широке застосування для цілей опалення та гарячого водопостачання.

Електродний водонагрівач (рис. 53.10) являє собою теплоізольований посудину (котел) з патрубками для підведення і відведення води.

Нагрівання води відбувається за рахунок проходження електричного струму на ділянці між фазовим електродом і антіелектродом (нульовою точкою). Останній може переміщатися і тим самим забезпечувати регулювання потужності в широких межах.

Вітчизняної електропромисловості випускаються трифазні електродні водогрійні котли типу КЕВЗ потужністю 25, 40, 60, 100, 250, 400 і 1000 кВт і парові типу КЕП потужністю 25, 160, 250, 400 і 600 кВт. Харчування цих котлів здійснюється від мережі 380 В.

Оо

Ю «

Про

Гя про

I xS

Про зі

Ю і про

S

О.

Г – Про I з-} on [**]

Га про го про I – «гя 1

Гя про

СО Про I

З

І про

W 2 o <5

І. про d ю

Я 8,

Оо -43 "про I ° °

І

І, про

- «Гя 1

2 до про 00 5 я ГО S юоюо

'А н ГО) про

£ * про "» »£ в Й ° ® про SR

S м § 5

W Е М

S | 8e

А н

Сп Про V °

«Про

1 I х <5

Про го

^ Про * про – 1 про

. ї> JS О -

УТЛ про

Про

S

І про 2 п. a ^ (- S ° rig ®

З

I 00

V ") Про оз

ЦЕ

І, про

До

ТОВ so Про го. – <So on

S)

Електричний розрахунок електродних водо – підігрівачів і парових котлів наведено в

[53.5].

Електричне обладнання та автоматичне регулювання температури

Електричні печі опору підключаються безпосередньо до цехової електромережі 220, 380, 500 В або харчуються від спеціальних знижувальних трансформаторів – однофазних ТПО і ТПОУ і трифазних ТПТ з первинним напругою 380 і 220 В

[53.6].

Для управління електричними печами випускається серія однозонної щитів управління (ІР, ІЗР, ІЗРП). Щит управління призначений для дистанційного включення нагрівачів, контролю і регулювання температури однієї теплової зони електричної печі [53.6].

Силове обладнання щита складається з триполюсні автоматичного вимикача для захисту від струмів коротких замикань, а також від можливих перевантажень, і триполюсні силового контактора. В контрольно-регулюючу частина щита входять: прилад теплового контролю 111 К, проміжний контактор РП, універсальний перемикач для включення нагрівачів на ручний або автоматичний режим роботи, автоматичний вимикач для відключення і захисту ланцюгів управління і сигнальні лампи (рис. 53.11).

S

Я I

Сі £

A

І £

Про CD

<Р>

Ii

<РЗ

- Сх ЙЙК ьй s

S до

W л

} Н н 5

; П в *

: Ft до s

<8

° я d

З ЬЙ

Про

I

Про I – 'Про

S) 8

Ггов

'Rrt-H-

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 53.11. Схема управління електричної

Зоною печі: SF1 – вимикач автоматичний силового ланцюга; КМ – контактор; ТА1 – ТАЗ – трансформатори струму; РА1 – РАЗ – амперметри; SF2 – автоматичний вимикач ланцюгів управління; РК – прилад теплового контролю; S / 4 – універсальний перемикач; КМП – проміжний контактор (реле);

HLl – HL3 – сигнальні лампи

5 Про Г-.1ЛСОО

"> Про I v Про

Ч СО 1 л СО

S

1 про

2 ® h Про

Й[† †]

Гя про –

X | оо

SО Про

Про

Гя

З І О

«- <О ОМ

Щити розрізняються:

1) по струму в головній ланцюга 90, 140, 200 і 350 А;

2) за типом приладу теплового контролю;

3) за наявністю приладів контролю струму і напруги;

4) за наявністю додаткової апаратури для включення електродвигунів допоміжний? механізмів печі і для роботи печі із захисною атмосферою.

Щити керування виготовляються у вигляді шаф закритого типу з обслуговуванням з боку фасаду. Габаритні розміри щита: в плані 700 х 574 мм, висота 1900 мм.

При великій кількості регульованих теплових зон замість зазначених типових щитів керування можуть застосовуватися контрольно-розподільні пункти КРП, в яких зосереджується апаратура управління і теплового контролю.

53.2. Дугові печі І установки електрошлакового переплаву

Дугові трифазні печі прямого дії дли плавки сталі

У печах цього виду теплова енергія виділяється в електричних дугах, що горять між графітованих або вугільними електродами і поверхнею розплавляється металу.

За характером завантаження в піч твердої шихти (металобрухту) дугові сталеплавильні печі (ДСП) поділяються на:

А) печі з бічним завантаженням через робоче вікно (вручну або за допомогою вантажопідйомних засобів з використанням завалочних машин або кранів з пристосуваннями у вигляді лотків) (рис. 53.12);

Б) печі з верхнім завантаженням краном за допомогою спеціальних завантажувальних корзин (бадей). Для забезпечення можливості завантаження зверху піч повинна бути обладнана механізмами підйому склепіння і розкриття ванни (мал. 53.13).

Основними елементами будь ДСП є:

1) футерований кожух печі (ванна) з робочим вікном та зливним носком;

2) зведення печі з футеровкою;

3) комплект електродотримачів з електричними або гідравлічними приводами механізмів переміщення електродів;

4) механізм нахилу печі з електричним або гідравлічним приводом;

5) вторинний токопровод від висновків пічного трансформатора до електродів включно (коротка мережу).

Піч з вертикальним завантаженням крім перелічених вище основних елементів має механізм підйому склепіння в поєднанні з механізмом повороту склепіння або викочування ванни, а також завантажувальну корзину (баддю).

У ДСП при значній глибині ванни рідкого металу, що знаходиться в спокійному стані, має місце суттєва різниця температур по висоті (близько 100 ° С / м). У таких умовах для інтенсифікації протікання реакцій металу зі шлаком і для забезпечення можливості підігріву металу перед розливанням необхідно забезпечувати перемішування рідкого металу. На печах малої місткості (до 6 т) це здійснюється ручним способом, але на печах середньої (12 – 50 т) і особливо великої місткості (100 т і вище) ручне перемішування ванни вельми скрутно.

Для полегшення праці сталеварів і для підвищення якості виплавленого металу іноді застосовується пристрій для електромагнітного перемішування рідкого металу (ЕМП) за принципом, аналогічним принципом роботи короткозамкнутого асинхронного двигуна. Біжуче магнітне поле, створюване поміщеним під немагнітним днищем печі статором змінного струму частотою порядку 0,5 -1,0 Гц з двома обмотками, струми в яких зміщені по фазі на 90 °, викликає в металі ванни механічні зусилля у напрямку поздовжньої осі печі. За рахунок переключення обмоток можна змінювати напрямок руху металу на зворотне.

Із сучасних ДСП з вертикальним завантаженням найбільш поширеними є печі з поворотним склепінням, однак у вітчизняній промисловості успішно експлуатується вельми значна кількість печей з викочується ванній ємністю від 3 до 50 т.

Найважливішими параметрами ДСП є діаметр кожуха, який визначається виходячи з номінальної ємності печі; потужність пічного трансформатора.

Номінальною ємністю печі є розрахункова місткість її ванни, виражена в тоннах випускається з печі рідкого металу.

Потужність пічного трансформатора робить вирішальний вплив на тривалість розплавлення завантаж!, Що в значній мірі визначає продуктивність печі.

Стосовно до сучасної тенденції заміни мартенівського способу плавки сталі конвертерним і електропічний в світовій практиці знайшли широке поширення ДСП місткістю 100 – 200 т, а в окремих випадках і вище, оснащені трансформаторами високої і надвисокої потужності.

За рівнем максимальної активної потужності в період розплавлення, віднесеної до 1 т рідкого металу, ДСП прийнято розділяти на звичайні, високої і надвисокої потужності.

Водоохолоджувані елементи футеровки ДСП. Можливість широкого розповсюдження

ДСП високої і надвисокої потужності в значній мірі залежить від забезпечення прийнятної стійкості футеровки стін і склепіння. Це особливо важливо з урахуванням перспективи застосування в електросталеплавильному виробництві безперервної завантаження в піч металли – зованого окатишів (попередньо відновленого і окомкованной агломерату залізної руди).

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 53.12. Сталеплавильна електропіч типу ДС-5МП (ДС-6Н1): / – кожух; 2 – звід;. ' – Робоче вікно: 4 – зливний носок: 5-люлька: 6 – механізм нахилу / / – механізм переміщення електрода; 12-токополвол

Вид зверху

Вид збоку

77 °

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

7-механізм відкоту ванни; 8 – механізм підйому склепіння; 9 – електрод; 10 – електродотримач;

Різноманітні конструкції водоохлажда – ваних елементів футеровки ДСП можна розділити на два типи: а) коробчаті («кесонні»), виконувані з то літо листової сталі; б) трубчасті, виконувані з товстостінних суцільнотягнутих сталевих труб. Кожному з цих двох типів властиві певні переваги і недоліки. З метою зниження теплових втрат до внутрішньої поверхні водоохолоджуваних елемента стін або зводу приварюється різного роду арматура для утримання первинної вогнетривкої обмазки і подальшого гарнісажу (застиглого розплаву), мимовільно налипає в процесі експлуатації.

З 1982 р. на декількох печах ДСП-100НЗА, а з 1984 р. і на печах ДСП-100І6 знаходяться в експлуатації трубчасті водоохолоджувані панелі оригінальної конструкції, розробленої в СКБ виробничого об'єднання «Сібелектротерм». Особливістю цієї конструкції є мінімально можлива кількість зварних швів, за рахунок чого забезпечується високий ступінь надійності роботи панелей (замість великої кількості зварних стиків виконується вигин труб на спеціальних пристосуваннях).

ГОСТ 7206-80 встановлює для вітчизняних ДСП наступний ряд номінальних ємностей, т: 0,5-1,5-3-6-12-25-50-100 – 150 – 200.

Для живлення ДСП Московський електрозавод ім. В. В. Куйбишева розроблені і поставляються пічні трансформатори в широкому діапазоні потужностей.

Основні технічні дані ДСП вітчизняного виробництва наведено в табл. 53.5.

У конструктивному відношенні ці печі характеризуються наступними основними рисами. Печі типів ДСП-6, ДСП-12, ДСП-25, ДСП-50 і ДСП-100І6 з гідравлічними приводами механізмів переміщення електродів мають механізми підйому та повороту склепіння на окремих опорах з гідравлічними приводами. Печі типів ДСП-0, 5, ДСП-1, 5 і ДСП-3 з аналогічними по конструктивній схемі механізмами підйому та повороту склепіння випускаються з електромеханічними приводами механізмів переміщення електродів.

Печі ДСП-100М1 і ДСП-200М1 з електромеханічними приводами механізмів переміщення електродів мають механізми підйому та повороту склепіння з електромеханічними приводами, змонтовані на люльці печі.

На відміну від печі ДСП-100М1 в печі ДСП-100НЗА всі механізми, включаючи механізми переміщення електродів, виконані з гідравлічним приводом.

Натомість печі ДСП-100НЗА з 1982 р. випускається піч ДСП-100І6, що відрізняється наступними основними особливостями:

1) підйом та поворот зводу здійснюється не на люльці печі, а на окремо розташованій поворотній платформі з хвостовим шарніром і дугоподібною рейкової опорою;

2) піч оснащена водоохолоджуваними елементами стін і склепіння;

3) в комплект поставки печі входять газокисневі пальники, основним призначенням яких є прискорення розплавлення металу за рахунок підведення теплової енергії спалювання природного газу до ділянок завантаження на периферії ванни, найбільш віддаленим від електричних дуг.

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 53.13. Дугова сталеплавильна електропіч ємністю 100 т: 1 – кожух; 2 – електродна стійка; 3 – сводовое кільце; 4 – футеровка склепіння; 3 – портал; 6 – люлька з механізмами; 7, 8 – привод нахилу; 9 – механізм підйому склепіння; 10 , 11 – механізм переміщення

Електрода; 12 – зливний носок

З печей з викочується ванній в даний час вітчизняної промисловістю випускається тільки піч ДС-6Н1 (що представляє собою кілька змінену конструкцію широко поширеною печі

ДС-5МТ) з електромеханічними приводами всіх основних механізмів.

Кожна ДСП має спеціальну підстанцію, розміщувану в безпосередній близькості від печі. На підстанції встановлюється силове обладнання (електропічний трансформатор, високовольтний вимикач, роз'єднувач), а також апаратура управління, захисту та контролю. Характеристика електрообладнання та його компоновка дані в [53.6].

Таблиця 53.5. Основні технічні дані ДСП

Параметр

ДСП-0.5ІЗ

.

ДСП-1, 5ІЗ

ДСП-ЗІЗ

ДС-6Н1

ДСП-6Н2

ДСП-12Н2

ДСП-25Н2

ДСП-50Н2

ДСП-100М1

ДСП-ЮОНЗА

ДСП-100І6

ДСП-200М1

Номінальна

0,5

1,5

3

6

6

12

25

50

100

100

100

200

Ємність, т

Діаметр кожуха

1720

2400

2950

3200

3300

4260

4700

5800

6750

6900

7200

8500

На рівні укосів,

Потужність транс

0,63

1,25

2,0

4,0 *

4,0 *

8,0 *

12,5 *

20 *

32 *

50 *

80 **

60

Форматора,

МВ-А

Межі вторич

216 -

225 -

243 -

281 -

281 -

380 -

390 -

420 -

478 -

574 -

761 -

695 -

Ного напруги, g

106

110

124

130

130

120

130

155

161

287

259

193

Максимальний

1,68

3,2

4,8

10

10

14,6

22,2

33

46,5

63,5

66

50

Вторинний струм, кА

Діаметр графіті-

150

200

200

300

300

350

400

500

555

610

610

610

Ваного електро

Так, мм

Діаметр ванни на

1050

1500

1800

2280

2320

2740

3540

4560

5450

5600

5900

7100

Рівні укосів, мм

Глибина Ваіна від

205

360

400

425

400

555

775

890

1150

1100

1100

1480

Рівня порога, мм

1050

Висота плавильні

570

900

1200

1100

1365

1500

1950

2070

2070

2070

3200

Ного простору

(Від рівня порога до

Верху кожуха), мм

Витрата електро

560

535

515

480

480

445

435

425

420

405

420

400

Енергії на розплав

Леніє твердої завал

Ки, кВт год / т

Розрахунковий витрата

3

10

15

25

20

30

35

40

60

90

500

120

Охолоджувальної води,

М3 / ч

23

Маса метало

5

21

50

50

90

168

276

450

460

520

1200

Конструкцій, т

* З можливістю перевантаження до 20% на період розплавлювання.

** Цей же трансформатор передбачається надалі використовувати для печей ємністю 150 т. Можливість перевантаження – 12,5%.

Для підтримки потужності печі на необхідному рівні застосовуються автоматичні електромашинні регулятори типу РМД, регулятори типу АРДМ з електромагнітними підсилювачами і тиристорні регулятори типу АРДМ-Т. Регулятори цих типів, впливаючи на електродвигуни механізмів переміщення електродів, підтримують задане співвідношення струму і напруги дуги (тобто в кінцевому рахунку довжину дуги), чим визначається необхідна потужність печі. ДСП з гідравлічними приводами механізмів переміщення електродів комплектуються електрогідравлічними регуляторами типу АРДГ. Технічні дані та характеристики автоматичних регуляторів потужності ДСП див. в [53.6].

Рудовосстановітельіие печі

У рудовідновних печі (РВП) виділення тепла здійснюється двома способами – за рахунок горіння електричних дуг і за рахунок протікання струму через завантаження. У різних процесах співвідношення потужності, що виділяється цими двома способами нагріву, істотно різна. РВП знайшли широке застосування для відновних процесів виплавки феросплавів і чавуну, отримання нікелевого штейну, карбіду кальцію, фосфору і електрокорунду. Для печей цього призначення характерні великі потужності (до 80 MB-А в одиниці). Переважна більшість РВП працюють з набивними самообжігающіміся електродами, які в обпеченому стані за своїми фізичними властивостями близькі до звичайних вугільним електродів. Самообжігающіміся електрод являє собою кожух з тонколистової сталі, що заповнюється електродної масою. Самообжігающіміся електроди підвішуються разом з електродотримача – ми до лебідок з електромеханічним приводом або гідравлічним витягів (рис. 53.14).

РВП, як правило, працюють як печі безперервної дії. Шихта подається зверху на колошником печі, а продукти плавки (рідкий сплав і шлак) періодично зливаються через що відкриваються льотки в нижній частині печі без нахилу ванни. У закритих РВП ванна перекрита склепінням, через який проходять електроди і воронки або труби для завантаження шихти. Для деяких процесів, що протікають з повним проплавленням шихти, застосовуються печі, що працюють в явно вираженому дуговому режимі, близькому до режиму дугової сталеплавильної печі. Печі цього призначення мають потужність 2,5 – 5 MB • А (наприклад, печі типу РКО-3, 5 для отримання маловуглецевої ферохрому) і зазвичай виконуються з механізмом нахилу ванни [53.3; 53.6].

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 53.14. Електропіч для виплавки феросплавів (компонування обладнання): 1 – кожух печі; 2 – футеровка; 3 – електроди; 4 – апарат для пропалювання льотки; 3 – лебідка для підвіски і переміщення електрода; 6 – струмопідведення; 7 – пічної трансформатор; 8 – труби для завантаження шихти

У табл. 53.6 наведено основні технічні дані деяких рудовідновних печей. Рудовідновних і рудоплавіль – ні процеси характеризуються досить високою питомою витратою електроенергії. При виробництві феросплавів питома витрата електроенергії зазвичай складає 3000 – 9000 кВт-год / т, а при отриманні деяких матеріалів – значно більше, наприклад при виробництві сілікоалюмінія 12 000 – 13000, фосфору 13000-15000, карбіду бору 20000 – 22000 кВт – год / т .

Експлуатаційні значення ККД для РВП досягають 0,9 – 0,95. Коефіцієнт потужності печей зазвичай знаходиться в межах 0,75 – 0,95.

РВП з електромеханічними приводами механізмів переміщення електродів, призначені для технологічних процесів з повним проплавленням шихти в дуговому режимі (наприклад, РКО-3, 5), комплектуються регуляторами потужності типу РМД.

РВП з електромеханічними приводами механізмів переміщення електродів, призначені для рудовосстановітельіих процесів зі спокійним режимом, комплектуються релейно-контакторною регуляторами потужності типу ГПВ.

Таблиця 53.6. Основні технічні дані деяких рудовосстановітельіих печей

Межі вторинної напруги, В

13 до

Розміри

Тип

Основне призначення

Л

Ь і про

Й> я

13 березня §

Ванни,

М

Примітка

А

З-

Ой

8 а * к о, "

RJ Про W

■ 5 н про

^ (В н

Діаметр

Глибина

РКО-2, 5

Виплавка маловуглецевої феромарганцю

2,5

178-89

13

2,7

1,2

-

РКО-3, 5

Виплавка рафіновано

3,5

371-260

7

2,5

1,1

Плавка

Го ферохрому

У дуговому режимі

РКО-4, 5

Виплавка рудно-вапнякових – вого розплаву для отримання рафінованого ферохрому

4,5

178-89

20

3,5

1,34

РКО-16, 5

Виплавка 75% – і 90%-але – го феросиліцію, сили – комарганца, а також вуглецевого і передільного ферохрому

16,5

204-131

59

6,1

2,3

РКЗ-16, 5

Виплавка 45% – і 65%-але – го феросиліцію, а також силікомарганцю

16,5

204-131

59

6,63

2,8

РКО-25

Теж, що і РКЗ-16, 5

25

230-140

89

7,0

3,0

-

РКЗ-ЗЗ

Виплавка 45%-ного феросиліцію, сілікохрома, силікомарганцю, вуглецевого і передільного ферохрому

33

287-147

111

8,4

3,5

РКЗ-48

Сублімація жовтого фосфору

48

500-100

65

8,5

4,35

-

РКЗ-80

Сублімація жовтого фосфору

80

649-149

92

16,86

6,76

-

РПЗ-48

Виплавка марганцевьх сплавів

48

238-137

112

20,4 x7, 1

4,5

1

Прямокутна

РПЗ-БЗ

Виплавка марганцевих сплавів

63

228-148

119

23 х 8,2

4,5

Ванна з шістьма електродами

Печі з гідравлічними механізмами переміщення електродів працюють з електрогідравлічними регуляторами потужності типу АРДГ-3 (трьохелектродні печі) або АРДГ-6 (шестіелектродние печі).

Дугові однофазні печі непрямого дії

Дугові печі побічної дії застосовуються головним чином для плавки кольорових металів і зрідка – чавуну. Конструктивно дугова піч побічної дії (рис. 53.15) в своїй основі являє собою циліндричний або бочкоподібний футерований кожух, покладений горизонтально на чотири роликові опори. Через отвори в торцевих стінках по поздовжній осі в піч входять два графітованих електрода, між якими горить електрична дуга. Піч має одне вікно, через яке проводиться завантаження шихти, а також злив розплавленого металу і шлаку.

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 53.15. Дугова електропіч побічної дії типу ДМБ-0, 5: 1 – механізм гойдання, 2 – механізм переміщення електрода; 3 – кожух; 4 – ущільнення електрода; 5 – електродотримач; б – електрод; 7 – механізм ручного пересування електрода; 8 – гнучкий струмопідведення ;

9 – футеровка

Після розплавлення деякої частини завантаження кожух печі наводиться спеціальним механізмом у безперервне гойдання на заданий максимальний кут (± 30; ± 45; ± 60 ") з автоматичним реверсированием, причому кут гойдання може збільшуватися за заданою програмою по мірі розплавлення металу. Крім прискорення розплавлення за рахунок омиву – ня рідким металом нерозплавленому частини шихти хитання ванни печі забезпечує захист вогнетривкої кладки рідким металом від надмірного перегріву випромінюванням близько розташованої електричної дуги.

Для підтримки заданої потужності печі застосовуються механізм і апаратура автоматичного керування переміщенням одного електрода. Інший електрод у міру необхідності переміщається вручну.

Вітчизняної електропромисловості випускаються дугові однофазні печі побічної дії двох типорозмірів – ДМБ-0, 25 і ДМБ-0, 5.

Основні технічні дані цих печей наведено в табл. 53.7.

Показник

Номінальна ємність, т Потужність трансформатора, кВ-А Вторинна напруга

Трансформатора, В Максимальний струм печі, А

Реактивність вбудованого

Реактора,% Діаметр графітованих-

Ного електрода, мм Швидкість переміщення

Електрода, м / хв Діаметр кожуха печі

(Внутрішній), мм Розрахунковий діаметр плавильного простору, мм

Таблиця 53.7. Основні технічні дані печей ДМБ

ДМБ-0, 25

ДМБ-0, 5

0,25 250

115; 105; 95 2170

25; 20; 15 100 0,12 1180 800

0,5 400

130; 115; 100 3080

20; 15; 10125 0,12 1530 1000

360510

320450

Розрахунковий питома витрата електроенергії иа розплавлення, кВт – год / т: при плавці бронзи при плавці чавуну

Вакуумні дугові печі (ВДП)

Вакуумні дугові печі (ВДП) застосовуються:

А) для отримання злитків хімічно активних металів і сплавів;

Б) для отримання злитків тугоплавких і рідкісних металів;

В) для виплавки сталі підвищеної міцності (дегазованої і практично вільною від неметалічних включень), застосовуваної головним чином для виробництва приладових і високошвидкісних підшипників.

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Zz ^ p

Ш

Щ77Щ

J

Рис. 53.16. Дугові вакуумні електропечі: а – піч з витрачаються електродом (1 – брикет або брусок металу для переплавки; 2 – водоохолоджувальні вакуумна камера з виливниць; 3 – споживаний електрод; 4 – механізм переміщення електрода; 5 – злиток металу, б – герметичний кожух; 7 -оглядове вікно; 8 – пристосування для зварювання електроду), б – піч з нерас – ходуемим електродом (/ – тигель з водяним охолодженням; 2 – бункер для металевого порошку; 3 – мідний електрод з водяним охолодженням; 4 – вольфрамовий наконечник електрода; 5 – оглядове вікно; 6 – плита)

И

Z2Z

Висока концентрація енергії електричної дуги, відсутність окислення і забруднення розплаву матеріалами футеровки і електродів – основні переваги ВДП як плавильного агрегату. Плавка в ВДП забезпечує отримання високоякісних металів і сплавів із заданими властивостями для нових видів техніки, у тому числі космічній та атомної.

Існують два різновиди ВДП (рис. 53.16):

1) печі з витрачаються електродом – мають електрод з переплавляється матеріалу (злиток або брусок);

2) печі з нерасходуемим електродом – переплавляють шихту, що подається з завантажувального бункера в зону дуги. Електрод виконується графітовим або мідним водоох – лаждающей з вольфрамовим наконечником. Печі з нерасходуемим електродом не можуть забезпечити високої якості переплавляється металу, так як одержуваний злиток забруднюється матеріалом електрода, тому основне промислове застосування отримали печі з витрачаються електродом.

Піч з витрачаються електродом має такі основні елементи конструкції:

1) виливницю-кристалізатор, виконувану у вигляді мідної труби (круглого, овального або прямокутного перерізу), оточеної водяною сорочкою. У деяких конструкціях зовнішня стінка сорочки робиться з немагнітного матеріалу і на ній розміщується соленоїд. Призначення соленоїда – концентрувати дугу по осі кристалізатора і сприяти перемішуванню металу в рідкій ванні;

2) механізм підвіски і переміщення електрода. Система підвіски робиться гнучкою (тросами або ланцюгами) або жорсткої (гвинтовий або рейкова механізм). Швидкість переміщення електрода 20 – 300 мм / хв;

3) робочу камеру, що включає шлюзові пристрої та бункер;

4) вакуумну систему, що складається з вакуумних насосів, трубопроводів, вимірювальних приладів та іншого вакуумного устаткування.

Печі можуть також мати різні механізми для вивантаження зливка, завантаження електрода, витягування злитка

Харчування ВДП переважно здійснюється постійним струмом. В якості джерел живлення застосовуються обертові перетворювачі, напівпровідникові перетворювальні агрегати типу ТВ-9 і параметричні джерела струму (ПІТ) [53.6].

Автоматичне ведення процесу переплаву в ВДП забезпечується спеціальною системою регулювання або стабілізації струму і автоматичним регулятором дугового проміжку типу АРДВ-Р2 [53.6J.

Для отримання фасонного лиття і порожнистих заготовок в промисловості знаходять застосування вакуумні дугові гарнісажние печі ВДПГ. Печі цього типу мають ванну рідкого металу, ізольовану від водоохлаж - даємо або графітового тигля шаром затверділого металу (гарнісажу). По закінченні плавки метал виливається з ванни в виливниці або форму повністю (піч періодичної дії) або за кілька прийомів в кілька форм (піч полунепреривного дії).

Можливий також і безперервний процес плавлення і розливання.

Технічні характеристики деяких вітчизняних ВДП наведено в табл. 53.8.

Описи конструкцій різних типів ВДП, методики розрахунку їх основних параметрів, розбір різних джерел живлення і схем автоматичного регулювання приведені в [53.14].

Установки електрошлакового переплаву

Спосіб електрошлакового переплаву (Е1ПП) розроблений в Інституті електрозварювання ім. Є. О. Патона АН УРСР на основі принципу електрошлакового зварювання [53.4].

Суть цього способу полягає в наступному. Переплавляє метал – електрод у вигляді злитка прямокутного, квадратного або круглого перетину, отриманого розливанням зі звичайного сталеплавильного агрегату (мартенівської печі, конвертера або ДСП), опускається в водоохолоджуваний кристалізатор, в якому наведений рідкий шлак. Метал електрода плавиться в рафінуючі середовищі – рідкому шлаку, температура якого підтримується на рівні близько 1800 – 2000 ° С за рахунок джоулева тепла, що виділяється при протіканні через шлак струму. Шлак, таким чином, є рідким нагрівачем. При цьому відбувається рівномірна очищення металу від багатьох шкідливих домішок, а спрямована кристалізація покращує його механічні властивості. В результаті переплаву виходить високоякісний метал із заданим хімічним складом і поліпшеною структурою.

В установках ЕШП виходять злитки різних розмірів і форм поперечного перерізу – круглої, квадратної, прямокутної та ін Поряд зі злитками суцільного перерізу є можливість отримання порожнистих зливків, а також фасонних виливків.

Живлення установок ЕШП здійснюється змінним струмом – однофазним і трифазним. Дослідження показали, що при постійному струмі можливі процеси електролізу окремих складових шлаку і не забезпечується необхідний рафінування металу.

За схемами вмикання установки ЕШП класифікуються наступним чином: а) од-

Таблиця 53.8. Технічні дані ВДП постійного струму з витрачаються електродом

Найменування і призначення печі

Тип печі

Напруга, В

Максимальний струм, А

Максимальні розміри, мм

Максимальна маса злитка, кг

Швидкість розплавлення, кг / хв

Залишковий тиск, Па

Маса печі, т

Електрода

Злитка

Діаметр

Довжина

Діаметр

Довжина

Для плавки сталі і жаро

ДСВ-3.2-Г-1

75

12500

220

3550

320

1750

1000

2,5-5,4

0,13

23

Міцних сплавів

ДСВ-4 ,5-Г-2

75

12500

360

2750

450

1900

2000

3,1-3,8

0,1.3

50

ДСВ-6 ,3-Г-6

75

25000

500

4550

630

2700

6300

3,3-11

0,13

35

ДСВ-8-Г-10

75

25000

700

3550

800

2900

10000

4-12

0,13

80

ДСВ-8-Г-16

75

25000

660 '

6400

820

4000

17000

6-14

0,13

90

ДСВ-11 ,2-Г-37

75

37500

900

7600

1120

5000

37000

6,3-19,2

0,13

135

Для плавки титану і його

ДТВ-6.5-Г-6

75

25000

550

5400

650

4000

5500

9-22

2,6

118

Сплавів

ДТВ-8.7-Г-10

75

37500

750

5100

870

4000

10300

11,5-31

2,6

120

ДТВ-14-Г-26

75

50000

1225

5100

1400

4000

26500

23-45

2; 6

200

Для плавки молібдену і його

ДДВ-1 ,4-В-0, 1

75

12500

90

1000

140

420

110

2-6,5

0,0065

6,7

Сплавів

ДДВ-2 ,5-В-0, 6

75

12500

160

1715

250

835

570

2-6,5

0,0065

20

Для плавки ніобію і його

ДНВ-2 ,5-В-0, 6

75

12500

200

3000

250

1100

530

2-3,5

0,0065

60

Сплавів

Число

Розміри форми, мм

Форм

Гарнісажние для отримання

ДТВГ-0, 06ПФ

28-33

14000

200

500

600 x 600 x 400

1

6-8

1,3

36,6

Фасонних виливків з тита

ДТВГ-0, 16ПФ

28-33

14000

300

500

800x600x400

5

6-3

1,3

36,6

На і його сплавів

ДТВГ-0.25ПФ

38-40

25000

465

485

1000 х 800 х1200

4

10-15

0,65

42

ДТВГ-0.6ПЦ

75

37000

600

1000

0 1850×1600

2

10-20

0,65

61

1

3-5

0,1

15

Гарнісажная для плавки

ДРВГ-0.025ПЦ

75

12500

50×50

1000

0 1500×1000

Вольфраму

Гарнісажная для отримання

ДРВГ-0, 06П

75

37500

100

1800

0300 x 250

1

1-2

0,13

40

Литого карбіду вольфраму

Гарнісажная для плавки

ДХВГ-0.25ПЦ

75

75000

180

1500

0 1500×900

1

4

0,65

60

Тантала

Примітка. Розшифровка позначень типів печей: перша буква Д-дугова; друга літера – виплавлюваної метал; С – сталь, Т – титан, Д – молібден, Н-ніобій, Р-вольфрам, X-тантал; третя буква В-вакуумна; четверта буква Г – гарнісажная. Букви після цифр характеризують особливості процесу плавки: Г-плавка в глухий кристалізатор; В-плавка з витягуванням зливка з кристалізатора; ПФ-плавка в форму; П – полунепреривного процес плавки зі скиданням застиглої порції в накопичувач; ПЦ – плавка з відцентровою відливанням. Цифри, наступні через дефіс за третьою буквою позначення У, означають максимальний діаметр злитку в дециметрах; цифри, наступні через дефіс за буквою В або Г в кінці позначення, означають максимальну масу злитка в 'тоннах. Для гарнісажних печей цифри, наступні через тире за четвертою буквою Г, означають максимальну масу наплавляемого металу в тоннах.

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 53.17. Схема пристрою установки електрошлакового переплаву: 1 – пічної трансформатор; 2 – ошиновка ПН; 3 – гнучкий струмопідведення; 4 – електродотримач; 5 – механізм переміщення електрода; б – споживаний електрод; 7 – кристалізатор; 8 – піддон; 9 – візок з механізмом пересування

Нофазная з одним електродом з підведенням струму до піддону (рис. 53.17); б) однофазна з двома електродами в одному кристалізаторі без підведення струму до піддону; в) трифазна з трьома електродами в одному кристалізаторі.

Прикладами установок за схемою «а» є: установка Р-951 з трансформатором потужністю 700 кВ-А для виплавки зливків масою до 1,5 т, установка ОКЛ-Ю65 з трансформатором потужністю 1000 кВ-А для виплавки зливків масою до 4 т і установка ОКБ-1111 з трансформатором потужністю 8000 кВ-А для виплавки зливків масою до 60 т.

Установка за схемою «а» з довгим некомпенсованим вторинних струмопроводів, що володіє високим індуктивним опором, працює в ряді випадків з вельми невисоким коефіцієнтом потужності, що знижує її техніко-економічні показники. Істотне підвищення продуктивності і зниження питомої витрати електроенергії досягається при послідовному з'єднанні двох поруч розташованих одноелектродні установок (досвід заводу «Серп і молот» в Москві).

Однофазна установка ЕШП-10 ВГ (ОКБ-1429) з трансформатором потужністю 2500 кВ-А для виплавки зливків масою до Ют різної форми поперечного перерізу може працювати як за схемою «а» з одним електродом, так і за схемою «в» з двома електродами . Аналогічні установки ЕШП-16 ВГ-Н1 і ЕШП-20 ВГ призначені для отримання зливків масою відповідно до 16 і до 20 т прямокутного, квадратного і круглого перерізів.

Для отримання унікальних зливків масою близько 150 – 200 т створюються спеціальні установки ЕШП, в яких здійснюється переплав шести і більше електродів.

Спеціальні трансформатори для установок ЕШП мають велике число ступенів вторинної напруги з перемиканням під навантаженням. Трансформатори включаються в мережу напругою 6, 10 і 35 кВ. Значення вторинної напруги – 30-250 В [53.6].

53.3. УСТАНОВКИ ІНДУКЦІЙНОГО і діелектричних НАГРІВУ

Принцип роботи індукційних плавильних печей і установок для нагрівання металів заснований на поглинанні електромагнітної енергії металу. При проходженні по металу индуктируемого струму виділяється потужність, Вт,

Рм = IMRM »

Де / м – струм, індукований в металі, А; RM – активний опір контуру струму, Ом.

В індукційних печах для плавки чорних і кольорових металів магнітне поле створюється індуктором – многовитковой циліндричної або іншої форми котушкою – при пропусканні через нього змінного електричного струму. Магнітне поле індукує внагрівається металі струм 1И = EU / ZM, де Єї – діюче значення ЕРС, що виникає в металі при зміні магнітного потоку; ZM – повний опір контура, утвореного нагрівається металом.

Залежно від форми плавильного простору індукційні печі поділяються на канальні і тигельні.

Індукційні канальні печі

Індукційна канальна плавильна піч (рис. 53.18) являє собою своєрідний трансформатор, первинна обмотка якого-індуктор, змонтований на сердечнику маг – нітопровода, – живиться струмом промислової частоти, а вторинною обмоткою є футерований кільцевий канал з рідким металом, сполучені з ванною. Піч може мати кілька каналів, що утворюють паралельно гілки при однофазному живленні і фазоветві при трифазному [53.2; 53.5].

Конструктивний вузол, який об'єднує індуктор, магнітопровід і футерований канал (один або кілька), називається індукційної одиницею (ИЕ). У більшості печей ИЕ виконуються об'ємними і полягають в складовою кожух з немагнітного матеріалу. ИЕ з'єднуються з кожухом ванни болтами або шпильками. Харчування ИЕ потужністю до 300 кВ-А здійснюється безпосередньо від мережі 380 В або через однофазні автотрансформатори.

Для великих потужностей застосовуються високовольтні однофазні та трифазні електропічні трансформатори з регулюванням вторинної напруги під навантаженням [53.6].

Для індуктора і магнітопровода ИЕ потужністю вище 300 кВ-А застосовується водяне охолодження витків індукти & ра. Повітряне охолодження зазору між індуктором і зовнішньою поверхнею футеровки каналу з примусовим продуванням повітря вентилятором застосовується для ИЕ меншої потужності.

Індукційні канальні печі виконуються нахиляється і стаціонарними. Механізм нахилу, службовець для зливу металу, виконується з електромеханічним або з гідравлічним приводом. Стаціонарні печі обладнуються насосними пристроями для викачування металу або черпаковой механізмами.

Вид А

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 53.18. Індукційна канальна електропіч ємністю 2,5 т для плавки мідних сплавів

(ІЛК-2, 5):

1 – кожух печі; 2 – футеровка; 3 – ванна; 4 – зливний жолоб; 5 – механізм нахилу; 6 – магнітопровід;

7 – кришка; 8 – індуктор

Основні переваги індукційних канальних печей: 1) високий ККД і менша питома витрата електроенергії в порівнянні з іншими типами електроплавильних печей; 2) висока якість металу за рахунок інтенсивного перемішування розплаву, що виникає внаслідок електродинамічних сил, гідростатичного тиску і теплового руху в рідкому металі; 3) угар металу – не більше 1%.

Недоліками канальних печей є: 1) необхідність цілодобового підтримання в каналах і частково в ванні металу в рідкому стані, що зобов'язує мати безперервний режим роботи і ускладнює перехід процесу плавки від однієї марки металу до іншого; 2) низька стійкість вогнетривкої футеровки; 3) невисокий коефіцієнт потужності – 0,2-0,7 (табл. 53.9).

Вітчизняна промисловість випускає: печі для плавки міді та її сплавів серій ІЛК і ІЛКМ (міксер для витримки і перегріву металу), печі для плавки алюмінію і його сплавів серії ІАК, стаціонарні печі для плавки цинку серії ІЦК, а також печі для витримки і перегріву чавуну серій ІЧКМ і ІЧКР.

У табл. 53.9 дані технічні дані деяких типів серійних індукційних канальних печей.

Індукційні печі тиглів

Індукційна плавильна тигельна піч складається з наступних основних елементів: 1) тигля, вміщеного всередину індуктора;

Таблиця 53.9. Технічні дані деяких індукційних канальних плавильних печей

Промислової частоти

Найменування і призначення печі

Тип

Печі

Ємність печі, т

Максимальна робоча

Температура, "С

Число ИЕ і мвшность, кВт

Питома витрата електроенергії иа розплавлення, кВт • год / т

Напруга иа індукторі, В

Коефіцієнт потужності без ■ компенсації

Корисна

Повна

Для плавки міді та сплавів на мідній основі

ІЛК-1

ІЛК-1, 6

ІЛК-2, 5

ІЛК-6

ІЛК-16

1,0 1,6 2,5 6 16

1,3 2,5 5 9 25

1200 1200 1200 1200 1200

1×250 1×750 1 х750 2×750 4×575

200 195 200 265 280

350 500 500 500 475

0,70 0,66 0,66 0,32 0,46

Для плавки алюмінію та його сплавів

ІАК-0, 4/0, 2І1

ІАК-1 / 0,4 И1

ІАК-2, 5/0, 8І1

ІАК-25/3, ЕІ1

ІАК-40 / 3,5

0,4 1,0 2,5 25 40

0,65 1,7 4,5 40 60

750 750 750 750 750

1 х215 1 х400 2×400 6×385 9×385

475 450 450 400 350

345 320 440 525 525

0,25 0,21 0,21 0,16 0,17

Для переплаву катодного цинку

ІЦК-25 ІЦК-40 ІЦК-100

25 40 100

25 40 100

500 500 500

2×300 4×250 6×500

100 100 100

500 500 500

0,65 0,63 0,63

Для плавки чавуну

Ичк-б / 1,5 И1 ичк-10 / 2,5 И1 ичк-25 / 5,0 И1 ичк-40 / 3,0 И1

6 10 25 40

10,5 14,5

35 52

1500 1500 1500 1500

1 х 1500 1 х 2500 1×5000 2500 +500

480 450 430 455

500 1000 1000 880

0,49 0,52 0,37 0,53

Для витримки і перегріву чавуну (міксер)[‡ ‡]

ІЧКМ-6С1

ІЧКМ-10С1

ІЧКМ-16С1

ІЧКМ-25М1

ІЧКМ-40/1І1

ІЧКМ-40/2І1

6 10 16 25 40 40

9 15 25 40 60 60

1500 1500 1500 1500 1500 1500

1×500 1×500 1×500 4×500 2×500 2 х 1000

33,4 33,7

34.4 33 35

33.5

500 500 500 500 500 500

0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7

2) котушки, свитою з мідною охолоджуваної водою трубки круглого, квадратного або прямокутного перерізу; 3) кожуха; 4) механізму нахилу печі. Індуктор Може харчуватися струмом промислової або підвищеної (500 – 10000 Гц) частоти.

Вибір частоти визначається параметрами завантаження і насамперед ємністю печі. Частота струму, Гц, при плавці чорних металів повинна бути не нижче мінімальної:

Fmin = 25 – 106рм/цгм1> м,

Де DM – середній діаметр завантаження, м; рм-питомий електричний опір, Ом-м; fVM – відносна магнітна проникність металу в гарячому стані.

Принцип роботи тигельній печі заснований на поглинанні вміщеній в тиглі металевої завантаженням – шихтою – енергії електромагнітного поля, створюваного індуктором. Індукований в шихті струм розігріває і розплавляє метал. Найбільш інтенсивно нагріваються зовнішні шари шихти відповідно до експоненціальним законом зміни щільності індукованого струму по перетину.

Еквівалентна глибина проникнення индуктируемого струму в метал, м,

5-= 5оз1Айг

Де рм – питомий електричний опір, Ом • м; / – частота, Гц; ц ^ – відносна магнітна проникність металу.

Тигель виконується керамічним – набивним або з електропровідних матеріалів, наприклад з графіту (при плавці кольорових металів з низьким питомим електричним опором).

Вітчизняної електропромисловості випускаються печі тиглів серій ІСТ, ІАТ, ІЧТ, ІЛТ відкритого виконання (табл. 53.10)

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 53.19. Вакуумна індукційна тигельна

Електропіч: 1 – тигель; 2 – індуктор; 3 – струмопідведення; 4 – герметичний кожух

І серії ісв – вакуумні – для плавки особливо чистих металів (рис. 53.19, табл. 53.10). Вакуумні індукційні печі застосовуються головним чином для плавки високоякісних металів, сталей, прецизійних і жароміцних сплавів, а також для варіння високосортного спеціального скла, отримання монокристалів.

Вакуумні печі мають герметичний кожух і поставляються з вакуумним обладнанням. Печі полунепреривного дії дозволяють здійснювати весь цикл плавки – від завантаження шихти "до вивантаження виливниць зі зливками без порушення вакууму.

Внаслідок великого магнітного розсіювання коефіцієнт потужності у тигельних печей дуже низький (звичайно 0,1 – 0,3), тому для компенсації реактивної потужності на всіх тигельних печах встановлюються конденсаторні батареї з регульованою ємністю.

Джерелами струму підвищеної частоти для живлення тигельних печей є машинні генератори і статичні тиристорні перетворювачі частоти [53.6].

Індукційні тигельні печі великої ємності (наприклад, ІЧТ-25) живляться від високовольтної мережі промислової частоти через знижувальні трансформатори з регульованим вторинною напругою.

Харчування індукційних вакуумних і відкритих печей малої місткості (до 10 кг) здійснюється від лампових генераторів частотою 70 – 500 кГц. Чим менше ємність печі, тим вище повинна бути частота струму. Лампові генератори використовуються і для живлення індукційних печей при виробництві скла, монокристалів і іншої продукції.

Внаслідок зміни параметрів завантаження в процесі роботи індукційні печі тиглів забезпечуються автоматичними регуляторами, що підтримують на необхідному рівні основні параметри – напруга на індукторі і ємність (коефіцієнт потужності).

Для печей, які живляться від машинних генераторів, випускаються серійні станції керування типу ШДА [53.6], що включають автоматичний регулятор збудження генератора, регулятор коефіцієнта потужності і регулятор навантаження.

Для печей промислової частоти виробляються комплексні регулятори типу АРІР [53.6], що забезпечують регулювання напруги на індукторі, підтримання оптималь-

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИЙ ДОВІДНИК

Рис. 53.20. Індукційна нагрівальна установка безперервної дії: 1 – розвантажувальний лоток; 2 – кожух індуктора; 3 – конденсаторна батарея; 4 – індуктор; 5 – механізм завантаження, б – шафа управління; 7 – візирна головка пірометра

Таблиця 53.10. Технічні дані деяких тигельних індукційних печей

Найменування н призначення

Тип печі

Л

Ь н

Юсть кВт

А! _

Їй Н

Ш

Оі до,

3 і

8 С.

G н

Потужність конденсаторів батареї, кВ-Ар

Про

К о rf

X а л і.

Ч>,

Св h-

S до ri

К л са ч я й

£ Е-е.

Rt ч

5 лютого

Р <про з •

Rv Про

£ w

Габаритні розміри – установки, мм

0 Про Я

А &

Печі

Ємне печі,

Мощн печі,

Про S-про

А)

ЄГ

«З-

А g До s

G g про «ос зю S О. Н

О 2 л WS (-

З про §

Ч – О, О ^ С І

Ц Й д о ц ч До X

Про про до і

>> X Ci

У плані

Висота

Про н о

А -

Тигельні для плавки сталі

ІСТ-0, 06/0 ,1-ІЗ

0,06

100

2400

1000

600

1600

100

750

-

-

6,7

ІСТ-0, 16/0 ,25-ІЗ

0,16

250

2400

1000

2100

1600

150

730

-

-

7,3

ІСТ-0, 25. / 0,32-И1

0,25

290

2400

1000

4000

1600

220

708

-

-

9

ІСТ-0, 4/0 ,5-ІЗ

0,4

450

1090

1000

5000

1600

380

660

-

-

10,63

ІСТ-1/0.8-М5

1,0

800

800 – 1000

1000

12000

1600

1000

625

-

12,6

ІСТ-2.5/2.4-МЗ

2,5

2400

400 -

1500 -

33600

1600

2500

747

-

-

53

500

2000

1600

3000

580

-

-

55

ІСТ-6 / 2,4-М1

6

2400

500

1500 -

38400

1400

800

630

-

-

18,3

2000

1400

1500

560

-

-

26

Тигельні для плавки чавуну

ІЧТ-1/0.4-С2

1,0

400

50

500

1620

1500

3400

560

-

-

70

ІЧТ-2.5/1.0-С4

2,5

1000

50

1000

4950

1500

2700

580

-

-

70

ІЧТ-6/2.5-І1

6

2000

50

1000

4950

-

ІЧТ-6/1.6-І8

6

1560

50

1000

4950

Тигельні для плавки міді і її сплавів

ІЛТ-1/0.4-М2

1,0

385

50

500

2000

1200

1000

400

-

-

17,5

І ЛТ-2 ,5-1 ,0-С2

2,5

900

50

1000

5850

1200

2000

340

-

-

.35

ІЛТ-10 / 2,5

10

2500

50

1050

5850

1200

4000

320

-

-

-

Тигельні для плавки алюмінію і його

ІАТ-0, 4/0 ,8-М4

0,4

600

400 – 500

910

9600

750

900

660

-

-

18,6

Сплавів

ІАТ-2, 5/1, б-МЗ

2,5

1500

400-500

1500 – 1700

38400

750

2000

590

38,2

Вакуумні печі *

Для отримання виливків з високо

Ісв-0.04ПФ

0,04

250

2400

500

1350

1650

120

1100

5600 х

4000

10

Легованих сталей н сплавів ме

Х5200

Тодом точного лятья по виплавлено

Емим моделям

Для плавки сталі і жароміцних

Ісв-0.06ПІ

0,06

250

2400

400

2300

1800

140

1960

7100 х

4100

7,0

Сплавів з розливанням у виливниці

Х4900

Ісв-0, 16ПІ

0,16

250

2400

800

4650

1700

160

1960

8000 х х5000

4400

9,5

Для плавки сталі і жароміцних спла

Ісв-0.16НФ

0,16

250

2400

800

4500

1700

210

2000

11445 х

6800

62,6

Вов з розливанням у виливниці або в

Х 8500

Форми точного лиття

Для плавки жароміцних та спеціаль

Ісв-0, 6НІ

0,16

280

2400

800

2860

1700

160

2000

9800 х

5800

35,2

Вих сталей на слнткі при полунепре

Х 8000

Ної режимі роботи плавильної

Ісв-0, 6НІ

0,6

500

1100

800

6000

1700

430

1800

ПЗООх

7560

J00

Камери

Х 10740

Ісв-1, 0ни

1,0

1000

1000

1000

15000

1800

600

1700

7500 х

12200

162

Х13800

Ісв-2.5НІ

2,5

1600

1000

1000

30400

1750

1000

1600

18900х х17100

8835

252

Для плавки металів високої чисто

ІТВ-зни

3,0

800

1000

800

7750

1500

1200

1400

18000 х

13000

243

Ти в графітовому тиглі

Х17000

Для металотермічним восстановле

ІКВХ[§ §]-0,3-4 / 2000

0,3 x4

2000

2400

800

20000

2000

-

-

10600 х

10000

135

Ня з метою отримання тугоплавких

Х8300

Хімічно активних металів і спла

Вов

Ного коефіцієнта потужності і симетричну навантаження трифазної мережі живлення.

Індукційні нагрівальні установки

В залежності від технологічного призначення розрізняють установки крізного нагріву для гарячої деформації металу, глибинної загартування, відпустки і відпалу сталевих деталей, для пайки деталей і установки поверхневого гарту для зміцнення поверхневого шару сталевих і чавунних деталей.

Установки крізного нагріву мають в основі конструкції індуктор-нагрівач, який живиться від джерела промислової, підвищеної илн високою (50 – 500 кГц) частоти. Джерелами струму високої частоти янляются лампові генератори.

Таблиця 53.11. Основні технічні дані деяких серійних індукційних нагрівальних установок

Призначення

Тип

Потужність,

Напруга

Частота,

І назву

КВт

На індукторі,

Гц

Установки

В

Універсальна закалоч

І31-30/8

30

74

8000

Ная

І31-100 / 2,4

100

-74

2400

І32-100/8

100

240

8000

І31-200/2.4

200

240

2400

І32-200/8

200

240

8000

Безперервної дії

КІН-250/2.4К

250

800

2400

Для нагріву ковальських за

КІН-500/1 (ІК-500/1)

500

800

1000

Готовок зі сталі до 1250 ° С

КІН-750 / 2,4 До

750

800

2400

Безперервної дії

ІНМ-50П-15/50НБ

500

600

50

Для нагріву заготовок нз

ІНМ-75П-19/60НБ

■ 750

600

50

Алюмінію та його сплавів

ІНМ-75П-40/100НБ

750

600

50

До 500 "С

ІНМ-100П-35/85НБ

1000

600

50

Безперервної дії

ІНМ-50П-10/12НІ1

500

380

50

Для нагрівання заготовок із

ІНМ-500П-40/80НІ1

5000

490

50

Міді і її сплавів до 950 ° С

Безперервної дії

ІНМ-100П-29/70НІ1

1000

600

50

Для нагрівання заготовок із ста

ІНМ-130П-36/42НІ1

1300

380

50

Чи до 1250 ° С

Для термічної обра

1ІНУ-10233 * / 20 **

100

800 на

2400

Лення зварних швів труб *

Генераторі

При температурі до 1100 ° С

1ІНУ-202 * -63/20 **

200

800

2400

1 ІНУ-502 * -200/20 **

500

800

2400

Чим менше розміри поперечного перерізу деталей або заготовок, тим вище потрібно частота. Для сталевих циліндричних заготовок частота, Гц, може бути визначена по

Формулою / = 3 – 107dM,

Де dM – діаметр заготовки, см.

Індуктор-нагрівач може бути однофазним або трифазним.

За характером роботи розрізняють установки періодичної та методичного (безперервного) дії. У перших нагрів від початкової до кінцевої температури ведеться без переміщення заготовок відносно індуктора. В установках методичного дії заготовки нагріваються, переміщаючись по осі індуктора (рис. 53.20).

Вітчизняна електропромисловість випускає індукційні установки крізного нагріву безперервного дейстнія серії ІНМ промислової частоти та серії КІН підвищеної частоти (табл. 53.11). Велике число установок провадиться індивідуально для конкретних технологічних операцій при масовому поточному виробництві. Природний коефіцієнт потужності в устанонках наскрізного нагріву дуже низький (0,1-0,4), тому передбачається компенсація реактивної. потужності конденсаторними батареями. Для узгодження напруги джерела живлення і напруги на індукторі застосовуються согласующие проміжні трансформатори [53.6].

Підтримання необхідного температурного режиму нагріваються заготовок – досягається повною автоматизацією процесу завантаження, нагрівання і вивантаження.

Продовження табл. 53.11

Призначення й назва установки

Потужність конденсаторної батареї, квар

Розміри нагріваються виробів

Продуктивність, т / год

Діаметр, мм

Довжина, мм

Універсальна гартівні

1000-1200 1000-1200 1000-1200 1400-1650 1400-1650

17 -)

35 1 міні – 19> мальний 35 19J

Поверхня, см2:

До 25 до 200 до 200 до 400 до 400

-

Безперервної дії для нагріву ковальських заготовок із сталі до 1250 "С

2640 6000 10800

40-80

70-150

30-80

100-500 100 – 600 100 – 600

0,85-0,6 1,7-1,3 2,4-1,8

Безперервної дії для нагрівання заготовок нз алюмінію і його сплавів до 500 ° С

1800 2700 2700 4200

112-145 145-190 2