Электрический привод может работать в одном из двух режимов – установившемся или переходном. Установившийсярежим характеризуется тем, что все механические координаты (переменные) электропривода не изменяются во времени. Математическим условием установившегося режима является равенство нулю всех производных механических координат. К установившемуся режиму электропривода относится его движение с постоянной скоростью.
Переходный или динамический режим имеет место, когда хотя бы одна из производных механических координат электропривода отлична от нуля. Эти режимы описываются дифференциальными уравнениями. Типовыми переходными процессами для электропривода являются пуск, реверс, торможение, сброс и наброс нагрузки, регулирование скорости.
Основной целью рассмотрения переходных процессов является определение зависимости изменения во времени тока, момента, скорости, угла поворота вала двигателя. Нахождение этих зависимостей имеет большое практическое значение, так как они позволяют определить соответствие динамических характеристик электропривода требованиям технологического процесса, оценить допустимость возникающих в динамике тока и момента двигателя, определить правильность выбора двигателя и аппаратуры управления, рассчитать потери энергии и т.д.
Физическая причина наличия переходных процессов заключается в способности элементов электропривода накапливать и отдавать энергию – механическую, электромагнитную и тепловую. Поскольку процессы накопления и отдачи протекают не мгновенно, а постепенно в течение определенного времени, то изменения ЭДС, тока, момента, скорости, угла поворота отличаются инерционностью [1,3,4].
В зависимости от вида накапливаемой и отдаваемой энергии в электроприводе различают механические, электромагнитные и тепловые переходные процессы, которые взаимосвязаны между собой. Тепловые процессы протекают очень медленно, и рассматриваются отдельно.
В свою очередь механическая и электромагнитная инерционности элементов реального электропривода могут существенно различаться. В тех случаях, когда механическая инерционность значительно превышает электромагнитную, последнюю обычно не учитывают, и в этом случае переходные процессы называют механическими (они рассмотрены в теме 2). При сопоставимых механической и электромагнитной инерционностях имеют место электромеханические переходные процессы.
На рисунке 3.3 все электрические элементы электропривода объединены в электрическую часть электропривода (ЭЧЭП), а механические – в механическую часть (МЧЭП).
Рис. 3.3. Электрическая и механическая части электропривода
К электрической части отнесены все элементы системы управления и электрическая часть двигателя (его обмотки), а к механической – все элементы, участвующие в механическом движении, в том числе и ротор двигателя.
Электромагнитная постоянная времени (в секундах) характеризует инерционность обмоток двигателя и элементов силового преобразователя и схемы управления.
Электромеханическая постоянная времени (в секундах) является мерой инерционности механической части электропривода.
Для построения графиков изменения во времени координат электропривода должны быть предварительно известны следующие исходные данные:
1) вид рассматриваемого переходного процесса;
2) начальные и конечные значения тока, момента, скорости и других координат. Эти данные определяются с помощью статистических характеристик, на которых находятся начальная и конечная точки переходного процесса;
3) параметры электропривода, к числу которых относятся коэффициенты усиления (передачи) элементов и их постоянные времени.
3.5. Общие принципы построения систем управления электроприводами
Всю совокупность систем управления электроприводами можно разделить на неавтоматизированные и автоматизированные. Автоматизированные в свою очередь делятся на разомкнутые и замкнутые.
Неавтоматизированными называются системы, в которых все операции по управлению электроприводом осуществляются человеком (оператором) с помощью ручных средств управления. Обычно такие системы управления используются при выполнении простых технологических операций.
Автоматизированными называются такие системы, в которых человек (оператор) дает только команду на начало и конец работы, а все остальные операции по обеспечению заданного технологического процесса выполняются системой управления без участия человека.
В разомкнутой системе изменение внешних возмущений (Мс) отражается на выходной величине. Другими словами, разомкнутая система не обеспечивает отстройку выходной величины (например, скорости). Однако разомкнутые системы из-за своей простоты нашли широкое применение в электроприводе, например для автоматизации его пуска, реверса и торможения.
В замкнутых системах влияние возмущающего воздействия на выходную координату частично или полностью устраняется. Достигается это в системе с обратной связью. Все обратные связи можно разделить на положительные и отрицательные, жесткие и гибкие и др. Подробно материал по замкнутым электроприводам излагается в дисциплине «Автоматизированный электропривод». В заключение следует отметить, что в замкнутых электроприводах можно получить качественный переходный процесс при появлении каких-либо внешних возмущений и добиться устойчивости в их работе.
(в секундах) характеризует инерционность обмоток двигателя и элементов силового преобразователя и схемы управления.
(в секундах) является мерой инерционности механической части электропривода.