Реостатное регулирование скорости.

При оценке точности реостатного регулирования момента было установлено, что изменение скорости вследствие электромеха­нической связи является возмущением и тем более сильным, чем выше модуль жесткости характеристики. При регулировании ско­рости точность реостатного регулирования, напротив, повышает­ся с увеличением модуля жесткости, а возмущением являются из­менения нагрузки на валу двигателя. В этом можно убедиться, рассматри­вая рис. 8.1. Введение добавочного резистора приводит к снижению средней скорости от на естест­венной характеристике на реостатной характеристике 2, при этом, если М= М_сср= const, скорость электропривода поддерживается по­стоянной . Однако из­менения статической нагрузки в пре­делах от вызывают абсолютную ошибку регулирования

где — модуль жесткости искусственной характеристики.

Соответствующее значение относительной ошибки

Из (8.2) и (8.3) следует, что абсолютная и относительная ошибки регулирования по мере увеличения сопротивления увеличиваются, причем особенно быстро увеличивается относи­тельная ошибка, так как при увеличении уменьшаются и

Если в (8.3) принять можно получить следующее выраже­ние, определяющее возможный диапазон регулирования скоро­сти при заданной точности:

Соотношение (8.4) свидетельствует о том, что при реостатном регулировании при широких пределах изменения нагрузки воз­можный диапазон регулирования скорости невелик даже при не­высокой требуемой точности регулирования. Практически при реостатном регулировании возможный диапазон регулирования скорости ограничивается значениями

При использовании реостатного регулирования следует иметь в виду, что точность регулирования скорости может дополни­тельно снижаться вследствие колебания других факторов, напри­мер, колебание напряжения сети, температурные изменения со­противлений обмоток и т. п.

Плавность реостатного регулирования скорости невелика, так как для переключения ступеней регулировочного резистора тре­буется предусматривать контакторы. При этом стремление уменьшить массогабаритные показатели и стоимость панели уп­равления обычно вынуждает ограничивать число ступеней значе­ниями 3-6. К числу достоинств реостатного регулирования отно­сятся простота и невысокие затраты на реализацию. Однако не-

достатком этого способа является увеличение потерь энергии в силовой цепи по мере снижения скорости:

При номинальной нагрузке потери энергии тем больше, чем больше диапазон регулирования скорости:

Поэтому КПД электропривода при реостатном регулировании быстро снижается по мере расширения пределов регулирования скорости. Коэффициент мощности асинхронного электроприво­да при этом сохраняется на уровне номинального значения. Если предположить, что двигатель имеет независимую вентиляцию, в качестве критерия допустимой по нагреву нагрузки можно при­нять ток силовой цепи двигателя В общем случае при реостатном регулировании для асинхронного двигателя

Аналогично и для двигателя постоянного тока с независимым или последовательным возбуждением получим

Таким образом, реостатное регулирование скорости при неза­висимой вентиляции двигателя с точки зрения полного исполь­зования двигателя по допустимой нагрузке есть регулирование при постоянном моменте. Соответственно данный способ регулирова­ния по условию допустимой нагрузки наиболее целесообразен для механизмов, у которых момент нагрузки не зависит от ско­рости: М_с= const.

Таковы основные показатели реостатного регулирования ско­рости в разомкнутой системе. Точность и плавность этого спосо­ба регулирования скорости могут быть существенно увеличены в замкнутой системе автоматического регулирования скорости по отклонению.

Для осуществления автоматического реостатного регулирова­ния скорости асинхронного двигателя может быть использована система релейного регулирования момента (см. рис. 7.3), если ее

дополнить отрицательной обратной связью по скорости по схе­ме, показанной на рис. 8.2,а.

Уравнение механической характеристики электропривода в замкнутой системе регулирования можно записать на основе ли­неаризации зависимости (7.15)

положив и приняв в качестве оценки инерционно­сти контура релейного регулирования тока значение постоян­ной времени Т₀, соответствующей открытому состоянию тири­сторного ключа ТК (см. § 7.2). При этих условиях для схемы на рис. 8 2,о можно записать

Отсюда

Положив в (8.9) р =0, получим уравнение статической меха­нической характеристики в виде

Механические характеристики, соответствующие различным значениям , показаны на рис. 8.2,6. Пределы, в которых регу­лятор скорости может поддерживать скорость постоянной, огра­ничены при малых нагрузках реостатной характеристикой (ре­зистор не выключается), а при больших — характеристикой

2, которая определяется максимальным значением выходного на­пряжения регулятора скорости, соответствующим насыщению его характеристики, показанной на рис. 8.2,а. Объясняется это тем, что в данной схеме выходное напряжение PC является сиг­налом задания тока а следовательно, и момента М.

Модуль жесткости статической характеристики пропорци­онален подбором значений которого можно получить доста­точно жесткие регулировочные механические характеристики. Однако при этом следует иметь в виду, что введение обратной связи по скорости влияет на динамику системы.

С помощью (8.8) и уравнения движения электропривода на рис. 8.3,а построена структурная схема рассматриваемого конту­ра регулирования скорости. Для анализа процессов по управля­ющему воздействию положим в ней М = 0 и приведем ее к еди­ничной обратной связи. Структурная схема примет вид, показан­ный на рис. 8.3,б. В схеме принято обозначение электромехани­ческой постоянной времени в замкнутой системе:

Соответствующая ЛАЧХ разомкнутого контура представлена на рис. 8.3,в. Как видно из рисунка, быстродействие контура ре­гулирования ограничивается так как для получения тре­буемого качества регулирования необходимо выполнение условия а значения по мере увеличения уменьшают­ся в обратно пропорциональной зависимости.

Настройке на технический оптимум соответствует соотноше­ние постоянных времени контура

Такое соотношение обеспечивается при следующем значении коэффи­циента обратной связи по скорости:

Следует учитывать, что постоянная времени Т₀ зависит от скольжения двигателя, уменьшаясь при его возрастании.

Для того чтобы качество регулирования оставалось высоким во всем диапазоне регулирования, расчетное значение постоянной времени необходимо принимать равным наибольшему значе­нию Т₀.

Соотношение (8.12) характеризует предельную жесткость ме­ханической характеристики, которую можно получить в данной схеме при заданном качестве регулирования без применения ди­намической коррекции.