Книга
← К списку книгЗагрузка разделов…
активнаАктивные записи участвуют в каталоге и синках. Неактивная книга скрыта, но не удалена из базы.
Книга
БИБЛИОТЕКА ЭЛЕКТРОМОНТЕРА
Основана в 1959 г.
Выпуск 570
Ш. М. МАРГОЛИН
ТОЧНАЯ
ОСТАНОВКА
ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
Второе издание, переработанное и дополненное
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ:
В. Н. Андриевский, С. А. Бажанов, Ю, В. Зайцев, Д. Т. Комаров, В. П. Ларионов,' Э. С. Мусаэлян, С. П. Розанов, Ф. И. Снньчугов, В. А. Семенов, А. Д. Смирнов, А. Н. Трифонов, П. И. Устинов, А. А. Филатов
Марголин Ш. М.
М25 Точная остановка электроприводов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1984.— 104 с., ил.— (Б-ка электромонтера; Вып. 570).
30 к. 17 000 экз.
Рассматриваются способы автоматической точной остановки электроприводов переменного и постоянного тока. Описаны методы • расчёта неточности остановки, выбор мест установки датчиков положения. Дана сравнительная характеристика датчиков разных типов.
Рассмотрены различные способы получения пониженной частоты вращения электродвигателей, используемые в схемах точной остановки. Описаны новые эффективные методы торможения. Первое издание вышло в 1965 г.
Для электромонтеров и мастеров ‘промышленных предприятий.
2302050000-323ББК 31.291
М051(01)-84162-846П2.1
ШАРЛЬ МОИСЕЕВИЧ МАРГОЛИН
ТОЧНАЯ ОСТАНОВКА ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
Редактор издательства Л. В. Копейкина
Художественный редактор В. А. Гозак-Хозак
Технический редактор В. В. Хапаева
Корректор Л. С. Тимохова
ИБ № 3222
Сдано в набор 15.12.83 Подписано в печать 21.02.84Т 06245
Формат 84X108’/^ Бумага типографская № 3- Гарнитура" литературная Печать высокая Усл. печ. л. 5,46 Усл. кр.-отт. 5,72 Уч.-изд. л. 6,1 Тираж 17 000 экз. Заказ 3339Цена 3 0 к-.
Энергоатомиздат, <113114, Москва, М-114, Шлюзовая иаб., 50
Ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Зна-- мени Первая Образцовая типография имени А. А. Жданова Союзпо- лиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли. 113054, Москва, М-54, Валовая, 28
ПРЕДИСЛОВИЕ
Автоматически работающий механизм должен совершать заданное программой перемещение с требуемой степенью точности. Перемещение механизма в заданное положение-часто называют позиционированием. Задачу автоматического позиционирования обычно решают средствами электропривода. -
С ростом производительности современных механизмов и соответственно с увеличением их рабочих скоростей возрастают трудности осуществления автоматической точной остановки электропривода. Неточная остановка электропривода может явиться серьезным препятствием к созданию автоматической линии, к автоматизации работы отдельного механизма. При ручном (дистанционном или местном) управлении для остановки механизма в заданном положении часто приходится многократно включать механизм, что ведет к потере времени, повышенному расходу электроэнергии и нагреву двигателя, преждевременному износу оборудования.
■ Переход к автоматической точной остановке обеспечивает повышение производительности механизмов благодаря торможению за минимально возможное время, увеличен ние срока службы механизмов, электродвигателей и аппаратуры, уменьшение нагрева, сокращение числа операторов. Точная остановка механизмов станка дает возможность повысить точность обработки изделий. На многих металлургических агрегатах с повышением точности автоматической остановки удается уменьшить потери металла и получить прокат заданных размеров. Имеется большое число производственных механизмов, которые вообще не могут работать автоматически без точной остановки в заданных положениях. К таким механизмам относятся различного типа и назначения подъемники и лифты, некоторые узлы станков (например, шпиндель с борштангой на расточных станках), всевозможные кран-балки и передаточные тележки, несущие на себе рельсовые пути, которые должны при остановке точно совпадать со стационарными
рельсами, и др. Точная остановка широко применяется на вспомогательных механизмах прокатных станов, на автоматических технологических линиях, на различных перекладчиках и других грузоподъемных механизмах и т. д.
Неточность остановки механизма измеряется его максимальным отклонением от заданного положения. Она зависит от большого числа факторов: от погрешностей датчиков положения механизмов и релейно-контакторной аппаратуры, от изменений момента тормоза и момента нагрузки, от колебаний напряжения и частоты питающей сети и т. д.
Правильный выбор типа датчиков, мест их установки, формы и длины переключающих упоров или пластин, способов торможения и регулирования частоты вращения двигателей для повышения точности остановки — таковы главные задачи, которые часто приходится решать работникам электрохозяйства заводов при наладке и эксплуатации схем автоматического управления механизмами.
В настоящей книге подробно рассмотрены способы практического осуществления остановки электроприводов с заданной точностью. По сравнению с первым изданием книга существенно переработана и дополнена. Заново написаны параграфы о бесконтактных датчиках, к'онечных выключателях и командоаппаратах; в значительной степени обновлен материал, относящийся к способам получения пониженной частоты вращения асинхронных двигателей и к эффективным методам их электрического торможения. Расчетные формулы приведены в международной системе единиц СИ.
Все замечания и пожелания по данной книге будут с благодарностью приняты. Просьба направлять их по адресу: 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10, Энерго- атомиздат.
Автор
СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ОСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
В процессе торможения механизм (и соответственно вал электродвигателя) проходит некоторый путь, значение которого не является постоянным, что и приводит к неточности остановки электропривода.
Рассмотрим, из чего складывается путь механизма от заданного момента срабатывания датчика положения до полной остановки. Так как механизм может совершать- различные виды движения (поступательное, вращательное и др.), удобнее рассматривать угловой путь вала двигателя (в оборотах или градусах), а затем пересчетом находить путь механизма. Угол поворота вала двигателя <рт на участке торможения состоит из трех слагаемых:
<Г т = <р,т + <р,,т + <р,"т. (1) .
Первое слагаемое <р'т—это угол поворота вала двигателя от заданного момента срабатывания датчика положения до его действительного переключения. Этот угол определяется погрешностью датчика. Характеристика точности датчиков положения различных типов дана в § 5 и 6.
Второе слагаемое <р"т равно углу поворота вала за время срабатывания электроаппаратуры, включающей торможение электродвигателя. Величина <р"т, как и <р'т, не является постоянной и зависит от изменения частоты вращения вала двигателя и погрешностей времени срабатывания электроаппаратуры. Частота вращения двигателя может меняться при изменении статического момента нагрузки, напряжения или частоты питающей сети, изменении параметров машины из-за колебаний температуры окружающей среды. Время срабатывания аппаратуры в свою очередь не является постоянной величиной и зависит от напряжения, температуры, влажности и т. п. .
Средняя погрешность времени срабатывания контакторов составляет 10%. Время включения крупных контакто- ’ ров постоянного тока достигает 0,25—0,3 с, контакторов
1-й величины — 0,1 с, реле РЭВ800 — 0,04 —0,07 с. Контакторы переменного тока являются более быстродействующими аппаратами, чем контакторы постоянного тока: время их включения равно 0,05—0,07 с. Время размыкания контакта обычно составляет 20—95% времени замыкания. При построении схем автоматики на бесконтактных логических элементах учитывают лишь время срабатывания выходных контакторов.
Третье слагаемое ф"'т равно угловому пути вала двигателя за время снижения частоты вращения в процессе ■торможения. Путь торможения прямо пропорционален запасенной движущимися частями кинетической энергии и обратно пропорционален тормозному моменту на валу двигателя. Как и две предыдущие, составляющая ф"'т не является постоянной и зависит от ряда переменных величин — от квадрата частоты вращения двигателя, момента инерции движущихся частей, тормозного и статического моментов на валу, трения.
Рассмотрим более подробно расчет пути вала двигателя в процессе остановки и определение неточности остановки.
Обозначив погрешность датчика угла поворота вала . (например, вращающегося командоаппарата) в градусах через ±б и учитывая, что при этом максимальный путь механизма, обусловленный погрешностью датчика, соответственно пропорционален его удвоенной погрешности, получим1
, . .23/ 51
?т.тах 360 — 180 ’ ' ' где i — передаточное число кинематической цепи от вала двигателя к барабану командоаппарата.
Если используется датчик положения, установленный вдоль пути механизма, то его линейную погрешность нетрудно перевести в угловую, приведенную к валу двигателя. Второе слагаемое пути
= (3)
тт 60
где П1 — частота вращения в момент начала торможения, об/мин; ta — время срабатывания аппаратуры, с. Третье слагаемое пути
Тт 1146(ЛК + ЯС)’
Здесь и ниже составляющие углового пути <рт выражаем в оборотах вала двигателя.
6
где / — суммарный приведенный момент инерции движущихся частей привода, кг-м2 (расчет см. ниже); AfT, Мс — приведенные к валу двигателя тормозной и статический моменты; Н-м.
Формула для ф"'т справедлива, если моменты Мт и Мс неизменны в процессе торможения (см. приложение 1).
Обозначив сумму моментов AfT+Afc как Л1ДиН— динамический момент, получим
1146Л4дИН
Таким образом, угол фт равен
61 ■ । пла I Jn\ m = — L- —_J1—
180601146Л1ДИИ
(5>
Обозначим максимальный и минимальный углы торможения через фт.шах и фт.ш/л (фИС. 1).-
Среднее значение угла торможения
_ Ут,тах + fT.min
Тт.срg'
Максимальное отклонение от заданного положения, определяющее значение неточности остановки, равно
. фт.шах — —
Ут, max Yr.min
2’
(7)
Максимальные и мини
Рнс. 1. Диаграмма углов торможения вала электропривода
мальные значения, переменных величин иь 7, Мт, Мс можно
представить в виде алгебраи
ческой суммы среднего значения и максимального откло
нения: П1 = И1ср±ДП1, ta = ta,cp±Ma И Т. Д.
Подставив эти значения в (5), найдем фт.шах и фТ|т,л, а затем и искомую величину неточности остановки Дфт,тах. Учтем также, что угол ф'т меняется от ф,т,1тп = 0 до ф т,шах= уу , т.'е. максимальное отклонение равно
Ду'т
У'т.тах^i
2~ 360 -
, ^срЧ*1ср г 1146Л1днн.ср, ^срЧ*1ср г 1146Л1днн.срHicp^a.cp / ^1j ^а \60\ Л1Ср• ^а,ср/Д«1ЫД^лпаRicp^ср ''Майн.срHicp^a.cp / ^1j ^а \60\ Л1Ср• ^а,ср/Д«1ЫД^лпаRicp^ср ''Майн.срили, обозначив величины перед скобками как «р''^ и у'"р>или, обозначив величины перед скобками как «р''^ и у'"р>Д'^ДИНМанн, срД'^ДИНМанн, ср(9)(9)
, ^срЧ*1ср г 1146Л1днн.ср
, ^срЧ*1ср г 1146Л1днн.ср
Hicp^a.cp / ^1j ^а \
60\ Л1Ср• ^а,ср/
Д«1ЫД^лпа
Ricp^ср ''Майн.ср
Hicp^a.cp / ^1j ^а \
60\ Л1Ср• ^а,ср/
Д«1ЫД^лпа
Ricp^ср ''Майн.ср
или, обозначив величины перед скобками как «р''^ и у'"р>
или, обозначив величины перед скобками как «р''^ и у'"р>
Д'^ДИН
Манн, ср
Д'^ДИН
Манн, ср
(9)
(9)
В результате получим следующую приближенную формулу для вычисления максимальной неточности остановки:
di ^т.тах = ~збо~ Н"
(8)(8)2
(8)
(8)
Рнс. 2. Жесткая н мягкая механические характеристикиРнс. 2. Жесткая н мягкая механические характеристики
Рнс. 2. Жесткая н мягкая механические характеристики
Рнс. 2. Жесткая н мягкая механические характеристики
Как видно из формул, для повышения точности остановки важно, чтобы торможение начиналось с возможно более низкой начальной частоты вращения ль С уменьшением частоты вращения падает ф'^ср и особенно сильно ф т,ср-
Нужно стремиться к сокращению пути торможения, уменьшению времени срабатывания аппаратуры. Точность остановки повышается с ростом тормозного момента Мдин, с уменьшением момента инерции /, уменьшением погрешности датчика положения 6. Необходимо также стремиться к уменьшению отклонения переменных от их среднего значения. Так, например, если механическая характеристика двигателя является жесткой (см. приложение 1), то при колебаниях момента нагрузки на валу отклонения частоты вращения Ди' малы. На рис. 2 показано, как сильно
при одном и том же отклонении статического момента ДЛ1С изменяется отклонение частоты вращения Дл' на
мягкой характеристике 1 и как мало Дл" на жесткой характеристике 2. В схемах точной остановки мягкие характеристики, как правило, не используются.
Наиболее эффективным средством повышения точности остановки является уменьшение начальной частоты вращения ль На практике это достигается предварительным переводом двигателя на пониженную («ползучую») частоту
Рнс. 3. График изменения частоты вращения при точной остановке электропривода:Лр — рабочая частота вращения; Л„ — пониженная частота вращенияРнс. 3. График изменения частоты вращения при точной остановке электропривода:Лр — рабочая частота вращения; Л„ — пониженная частота вращенияРнс. 4. Кинематическая схема привода тележкиРнс. 4. Кинематическая схема привода тележки
Рнс. 3. График изменения частоты вращения при точной остановке электропривода:
Лр — рабочая частота вращения; Л„ — пониженная частота вращения
Рнс. 3. График изменения частоты вращения при точной остановке электропривода:
Лр — рабочая частота вращения; Л„ — пониженная частота вращения
Рнс. 4. Кинематическая схема привода тележки
Рнс. 4. Кинематическая схема привода тележки
вращения (рис. 3). После выхода двигателя на пониженную частоту вращения по команде датчика точной остановки производится окончательное торможение.
Необходимая пониженная частота вращения может быть найдена опытным путем. Однако с помощью приведенных выше и в приложении 1 формул можно заранее, до выбора схемы, определить пониженную частоту вращения по заданной неточности остановки. Рассмотрим пример такого расчета.
Пример 1. Выбор пониженной частоты вращения двигателя для получения заданной точности остановки. Найти неточность остановки
тележки при торможении с полной рабочей скоро, сти и выбрать пониженную частоту вращения для получения заданной точности.
Кинематическая схема приведена на рис. 4. Тележка 1 приводится двигателем 2 через редуктор 3 и цепную передачу 4. На валу двигателя установлен тормоз 5 С выходным валом б через кинематический редуктор 7 связан комаи- доаппарат 8.
Исходные данные
Ход тележки L'7 м
Требуемая точность остановки AsT-3 мМ
Масса тележки 3000 кг
Масса груза; максимальная 15 000 кг
минимальная mmin ..................,5000 кг
Скорость перемещения тележки у ,-..-....,....0,6 м/с
Диаметр звездочки цепной передачи D3 . . .. 0,4 м
Технические данные электродвигателя и тормоза
Тип двигателяMTKF 112-6
Номинальная мощность Рюм 5 кВт
Номинальная частота вращения лном . . . ; 895об мни
Номинальный момент Л|ном'. 53,4 Нм
Маховой момент ротора 6О8Д;... . 0,26 кгс-м8
Тип тормозаТКП200/100
Момент тормоза Мт . . ,' 50 Н-м
Передаточное число редуктора /р . 31,5
КПД редуктора т)р 0,95
Суммарное среднее время работы аппаратуры ta-cp 0,2 с
Относительное отклонение времени работы аппаратуры Ма/^а.ср 0,15
Погрешность командоаппарата КА4658 6 . . , +0,5®
Расчет 1. Передаточное число кинематического редуктора 7 выбирается из условия получения максимально возможного угла поворота барабана командоаппарата 330° при полном ходе тележки (см. § 5). Угловой путь вала 6 при ходе тележки на 7 м
LL77to Т=Ь = •-■V ttD3 3,140,4to Т=Ь = •-■V ttD3 3,140,45,57 оборота.5,57 оборота.
L
L
7
7
to Т=Ь = •-■
V ttD3 3,140,4
to Т=Ь = •-■
V ttD3 3,140,4
5,57 оборота.
5,57 оборота.
Передаточное число кинематического редуктора
5,57п == 6,08.
,р 330/360
Общее передаточное число от двигателя к командоаппарату 1осщ=/р1к.р—31,5-6,08=191.
Статический момент нагрузки. Для тележек обычно прнннма ется сопротивление движению F, равное 1,5% веса.
Максимальное сопротивление движению
Ктях=0,015(тт+тгоях)^=01015(3000-Ь15 000)-9,81=2650 Н.
Минимальное сопротивление движению
fm <«=0,015 (30004-5000) - 9,81 = 1180 Н.
Максимальный статический момент на валу двигателя
,, FmaxD3 2650 0,4
г тлх —“^ '“^ * ' » • 11 * М.
‘ 2ip4p 2-31,50,95
Минимальный статический момент
М_480-0,4 _
Mc.min— о_ —-7,88Н-м.
-2t.p^p2* 31,5 "0,95
Среднее значение статического момента
^c.max + Alc,mtn 17,7 4-7,88
Среднее значение динамического момента
Мдин,сР=МТ+Л1 с,ср=50+12,8=62,8 Н-м.
Максимальный динамический момент
Мднв,тах— Мт + Мс,тах — 50+17,7— 67,7 Н'М.
Относительное отклонение динамического момента
△^дин Мдин.тах Мдии.ср _ 67,7 — 62,8
^дин,ср^дин, ср62,8
* 4 Относительное отклоиеине частоты вращения. По механической характеристике двигателя для максимального и минимального статических моментов иаходим частоты вращения при рабочем ходе nP,min
и Лр.тпх, среднюю частоту вращения лР1Ср, а затем н относительное отклонение частоты вращения:
Длп яр Ср= 940 об/мин, ——Пр,СрДлп яр Ср= 940 об/мин, ——Пр,Ср пр,тах np,mi« _^ q pg пр,тах np,mi« _^ q pgяр,сряр,ср
Длп яр Ср= 940 об/мин, ——
Пр,Ср
Длп яр Ср= 940 об/мин, ——
Пр,Ср
пр,тах np,mi« _^ q pg
пр,тах np,mi« _^ q pg
яр,ср
яр,ср
5 Момент инерции ротора двигателя, тормозного шкива, муфты и редуктора
1,2500»1,25-0,26/, =5 =-1,2500»1,25-0,26/, =5 =-44440,081 кг-м».0,081 кг-м».
1,2500»1,25-0,26
/, =5 =-
1,2500»1,25-0,26
/, =5 =-
4
4
4
4
0,081 кг-м».
0,081 кг-м».
(Коэффициент 1,25 служит для приближенного учета моментов инерции тормозного шкива, муфты и редуктора.)
Суммарный момент инерции движущихся частей, приведенный к валу двигателя
Максимальный суммарный приведенный момент генерации
91,2(/zzt + 7^ox) о»
'max — J1 +-—
«ном
„91,2(3000+ 15 000). 0,6»
= 0,081 +—— ==0,819 кг-м».
т895»
Минимальный суммарный приведенный момент инерции
, , 91,2(/ит+?«,„;„) о»^min= J. + —3=
iн иом
91,2(3000 + 5000)-0,6»
= 0,081 +-— = 0,409 кг-м».
Среднее значение момента инерции
J ^maJt+^min 0,819 + 0,409,
/ср == -== 0,614 кг-м».
Относительное отклонение момента ннерцин
‘^ _ Jmax-JCp 0,819-0,614 о з31
/ср/ср0,614’ . ‘
Максимальная неточность остановки вала двигателя. По (8) неточность углового пути
0,5-191940-0,2
^.——sr+^TT (».ю+».>4 +
0.614-9402 „'
-уууу-^-^-(2-0,03 + 0,334 + 0,078) =0,265 + 0,565 + 3,56 =
= 4,39 оборота.
Максимальная неточность остановки тележки
,. «^г.-хР,, 3,14.4,39.0,4.
^т,тах— ±7"*—- + *~” — + 0,175м—+ 175мм.
. ip31,5'
Полученная прн одноступенчатом торможении неточность остановки превышает заданную, поэтому необходимо перед остановкой переключить двигатель на пониженную частоту вращения.
Определение среднего значения необходимой пониженной частоты вращения пп,ср. Подставив в предыдущую формулу значение Д$т,а=±25 мм, найдем допустимую неточность остановки вала двигателя:
Д<рт,доп= ±0,625 оборота;
по (8) получим уравнение для пи,ср: -Лл2п,ср+^^п,ср—С—0,
где•
7ср^2j ^ j ^дии '
П46Л1дШ11Ср \ пп ср /Ср Д^дии.ср .
„ <а.ср / Д"п . Ma у
£> = — I] ,60 \Пп,ср^а.с? /
.8Z '
. С= Лут.доп —-777Г-.
. Относительное отклонение частоты вращения на искусственной характеристике пониженной частоты вращения зависит от жесткости Этой характеристики. . '
Примем Длп/Пп,ср=0,1;
0,614
Л=! (2-0,1 +0,334 + 0,078) =0,53-10-*;
1146-62,8 '.
0,2 ■
В = —:— (0,1 +0,15) =0,835-10-’;60 '
.С=0,625—0,265=0,36.
Получаем квадратное уравнение 0,53-Ю~5п!п,ср+0,835- lO-’fia.ep—
—0,36=0.
Решив уравнение, находим искомое значение пониженной частоты вращения лп,ср=193 об/мин.
Часто неточность остановки определяют приближенно. При этом считают, что погрешность пути торможения равна половине пути за время снижения частоты вращения. Это соответствует допущению, что погрешностями переключающих аппаратов (датчиков, реле, контакторов и т. д.) можно пренебречь, а наложение неточностей начальной частоты вращения л), моментов сопротивления Мс и инерции J приводит к ошибке не более 50% расчетного пути торможения Дфт,тах=±ф',,т/2.
В нашем примере погрешность углового пути
Д ,^тах^'х
^т.тох - - 2. п^^ + Мс.тох^
0,819-940=
= ., _|_ 4 66 оборота. - 2-1146-67.7"
Неточность остановки тележки при торможении с высокой частоты вращении
3,14-4,66.0,4„
^т.тах = ± —= ±0,186 М = ± 186 ММ.
01,0
Для привода одного и того же механизма можно выбрать двигатель с большей или меньшей номинальной частотой вращения. Чтобы получить заданную скорость движения механизма, рассчитывают необходимое передаточное число редуктора. Рассмотрим влияние этих параметров на тормозной путь и точность остановки электропривода при торможении в одну ступень для двух случаев:
приведенный момент инерции механизма JMex существенно больше момента инерции двигателя 7Д. Условие •^мех5>/д обычно соответствует быстроходным механизмам или механизмам с большой массой;
J^Jmex — это условие характерно для тихоходных механизмов и механизмов с малой массой.
Анализ выполним на примере конкретного механизма — передаточной тележки с приводом. мощностью 6,3 кВт, на выходном валу которого действует статический момент нагрузки ЛТС= 1200 Н. Приведённый к этому валу момент инерции тележки /мех—540 кг-м2. Сравнение проведем для приводов с асинхронными двигателями серии 4А с числом полюсов 2—8.
Рассмотрим два вида торможения: механическое торможение наложением тормоза с моментом Л4Т—1,5 Л4НОМ и
динамическое торможение1 постоянным током, сила которого равна утроенному току холостого хода статора. .
При неизменном в процессе замедления тормозном моменте путь торможения определяется по (4). Для случая динамического торможения механическая характеристика разбивается на два-три прямолинейных участка и путь
находится по формуле (П7). Результаты расчетов для нашего примера представлены в табл. 1 и на рис. 5.
Таблица 1. Зависимость тормозного пути от номинальной частоты вращения двигателя серии 4А
S в-
Механическое тормо-
Динамическое тормо-
жение
жение
о
в
СТ
3
85
11
3 X
к 2 го « 5е
S1
в 5
Is i о я
3 £
3<
о. а
= § е
о х о
2 в °
5 сх •
| 6 8
S н а а х х
“ § 5 ч
6 »
И &
О к
ds х
> 8 9
Цв35
> Р э-
2800
94
21,5
12,8
0,07
44,9
10,5
22,6 ■
21,1
1400
47
43
25,6
0,27
90,4
5,1
45,2
10,1
940
31,5
64
38,4
0,58
134,1
3,3
67,8
. 6,6
690
23,2
87,2
52,3-
1,06
182,5
2,4
88,6
5
С уменьшением номинальной частоты вращения суммарный момент инерции / быстро увеличивается, однако рост инерционности системы компенсируется уменьшением квадрата частоты вращения. Поскольку динамический тормозной момент заметно возрастает, угловой путь торможения вала двигателя уменьшается. Соответствующие кривые для случаев механического (фт.м.т) и динамического (ч>т,д,т) торможения показаны на рис. 5. Если номинальная частота вращения и соответственно передаточное число редуктора уменьшены в 4 раза, то путь при механическом торможении сокращается в 4,5 раза, а при 'динамическом торможении —- в 4,2 раза. Пропорционально повышается точность остановки вала двигателя. Однако тормозной путь и точность остановки механизма мало меняются, так как в варианте тихоходного двигателя их значения делятся на уменьшенное.в 4 раза передаточное чис' ло редуктора.
•Режим динамического торможения описан в § 2.
у, АТдин1у, АТдин1Рис. 5. Зависимости динамического момента, суммарного момента - инерции и пути торможения от номинальной частоты вращения двигателя и передаточного числа редуктораРис. 5. Зависимости динамического момента, суммарного момента - инерции и пути торможения от номинальной частоты вращения двигателя и передаточного числа редуктора
у, АТдин1
у, АТдин1
Рис. 5. Зависимости динамического момента, суммарного момента - инерции и пути торможения от номинальной частоты вращения двигателя и передаточного числа редуктора
Рис. 5. Зависимости динамического момента, суммарного момента - инерции и пути торможения от номинальной частоты вращения двигателя и передаточного числа редуктора
/д и тогда тор/д и тогда торКогда /д>/нех, МОЖНО принять /ср
/д и тогда тор
/д и тогда тор
мозной путь механизма пропорционален выражению
Момент инерции двигателя средней мощности серий 4А, ВАО, В и т. п. с уменьшением синхронной частоты вращения в 4 раза (с 3000 до 750 об/мин) увеличивается в 5— 10 раз, п21 уменьшается в 16 раз, а Л4ДИн увеличивается
примерно в 4 раза. В результате уменьшение передаточного числа редуктора в 4 раза приводит к уменьшению тормозного пути и неточности остановки механизма в 1,5— 3 раза.
Так как в большинстве реальных приводов /д>/мех, для уменьшения погрешности тормозного пути механизма следует выбирать тихоходные двигатели. Анализ показал, что при этом уменьшаются также пики момента при ударах, стопорении или заклинивании механизма [2].
2. ЭФФЕКТИВНЫЕ МЕТОДЫ ТОРМОЖЕНИЯ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
От правильного выбора способа торможения зависят как точность остановки электропривода, так и длительность переходных процессов замедления, т. е. производи
тельность механизма.
При двухступенчатом позиционировании эффективное торможение обеспечивает форсированный переход механизма с рабочей на пониженную скорость и затем быстрое окончательное затормаживание при стабильных значениях
пути и точности остановки.
Часто требуемая точность остановки механизма может быть достигнута без предварительного перехода на пони-
Рис. 6. Механические характеристики асинхронного двигателя в тормозных режимах:/ — динамическое торможение; 2 — торможение противовключением; 3— двухтоковое торможение; 4—конденсаторное торможениеРис. 6. Механические характеристики асинхронного двигателя в тормозных режимах:/ — динамическое торможение; 2 — торможение противовключением; 3— двухтоковое торможение; 4—конденсаторное торможениеменение следующие способыменение следующие способыженную скорость путем торможения с рабочей скорости до остановки. Так, нет необходимости усложнять схему для получения «ползучей» скорости, если основная рабочая скорость механизма невелика, момент инерции мал, а статический момент нагрузки значителен и мало меняется. В этих случаях осуществляется одноступенчатое позиционирование путем эффективного торможения, обеспечивающего малый тормозной путь при небольших отклонениях тормозного момента от заданных значений. ■
Рис. 6. Механические характеристики асинхронного двигателя в тормозных режимах:
/ — динамическое торможение; 2 — торможение противовключением; 3— двухтоковое торможение; 4—конденсаторное торможение
Рис. 6. Механические характеристики асинхронного двигателя в тормозных режимах:
/ — динамическое торможение; 2 — торможение противовключением; 3— двухтоковое торможение; 4—конденсаторное торможение
менение следующие способы
менение следующие способы
Для осуществления точной остановки находят при- электрического торможения:
динамическое, противовключением, магнитное и конденсадинамическое, противовключением, магнитное и конденсаторное. В последние годы получили распространение комбинированные способы торможения: конденсаторно-дина
динамическое, противовключением, магнитное и конденса
динамическое, противовключением, магнитное и конденса
мическое, конденсаторно-магнитное, магнитно-динамическое и двухтоковое (сочетание режимов торможения противовключением и динамического). Рекуперативное торможение используется как промежуточный этап при переходе с высокой частоты вращения на пониженную (см. § 3). Механические характеристики асинхронного двигателя в тормозных режимах даны на рис. 6.
Рис. 7. Схема динамического торможенияРис. 7. Схема динамического торможения
Рис. 7. Схема динамического торможения
Рис. 7. Схема динамического торможения
Для быстрого затормаживания широко применяют также электромагнитные и электрогидравлические колодочные тормоза. При их использовании энергия торможения выделяется в тормозе, а не в двигателе. Тормоза обеспечивают надежное замедление при отключении сети. Однако они требуют частой подрегулировки, смены тормозных колодок, отличаются значительными колебаниями тормозного механизма, не обеспечивают плавности замедления, имеющей важное значение для многих механизмов. Поэтому при высоких требованиях к точности остановки рекомендуется применение электрического торможения. Если механический тормоз необходим для удержания механизма в заданном положении, его следует использовать лишь на
заключительном этапе торможения.
Динамическое торможение. По сравнению с механическим динамическое торможение отличается плавностью; несмотря на увеличенный тормозной путь, оно обеспечивает большую точность позиционирования, так как развиваемый двигателем тормозной момент более стабилен, чем момент колодочного тормоза.
Для перевода асинхронного двигателя в режим динамического торможения статор отключают от трехфазной сети и в его обмотки подают постоянный ток. При этом обычно используют схему рис. 7 с подключением к источнику постоянного тока обмоток двух фаз статора, соеди
ненных последовательно. В двигателе образуется неподвижное магнитное поле статора, которое наводит ЭДС в обмотках вращающегося ротора. Эта ЭДС индуцирует ток в роторе; взаимодействие поля статора с магнитным полем тока ротора создает тормозной момент. Двигатель замедляется, и при остановке ротора уменьшаются до нуля ЭДС, ток ротора и тормозной момент.
Механические характеристики асинхронных двигателей серий МТН (с фазным ротором) и МТКН (с короткозамкнутым ротором) в режиме динамического торможения приведены на рис. 8. Отношение постоянного тока в двух фа-, зах статора к току статора при холостом ходе двигателя принято равным 3. Характеристики 1, 2 и 3 относятся к 2-3339'.17
двигателю с фазным ротором и построены для трех значений активных сопротивлений цепи ротора /?р* = 0,2; 0,4 и 1 соответственно; характеристика 4 относится к двигателю с короткозамкнутым ротором. Моменты двигателя М, частоты вращения и сопротивления Rp выражены в долевых единицах, т. е. в долях номинальных значений .
М* — М/Мном; и* —tz/zzo; Rp* —RPiRP,HOM1
Рис. 8. Механические характеристики двигателей в режиме ди* намичёского торможеНИЯРис. 8. Механические характеристики двигателей в режиме ди* намичёского торможеНИЯ
Рис. 8. Механические характеристики двигателей в режиме ди* намичёского торможеНИЯ
Рис. 8. Механические характеристики двигателей в режиме ди* намичёского торможеНИЯ
где Мном — номинальный момент двигателя; п0 — синхронная частота вращения; /?р,Ном— номинальное сопротивление, определяемое по ЭДС на кольцах Ер и номинальному току ротора /р,ноМ:
'-(ю:
' ^р.ном
Сравнение характеристик 1—4 показывает, что у двигателя с короткозамкнутым ротором тормозные моменты при высоких частотах вращения очень малы. Среднее значение момента равно (0,5—0,7) МНОм. Соответственно путь торможения получается большим. Поэтому для двигателей с короткозамкнутым ротором рекомендуется сочетание динамического торможения с конденсаторным или магнитным (см. ниже). На рис. 9,а показаны зависимости пути торможения от статического момента на валу для двигателя с короткозамкнутым ротором МТКН и двигателя с фазным ротором МТН при трех различных сопротивлениях добавочных резисторов в цепи ротора. Отношение постоянного тока статора к току статора при холостом ходе принималось равным 2,5. Анализ показывает, что путь торможения двигателя МТКН в 2,1—2,9 раза больше, чем путь торможения двигателя МТН (при изменении статического момента от 100 до 50%) при оптимальном значении сопротивления цепи ротора.
Рис. 9. Влияние резисторов в цепи ротора и статического момента на путь торможения (а) и точность остановки (6) при динамическом торможении
На рис. 9,6 приведена кривая изменения неточности остановки асинхронного двигателя с фазным ротором в функции сопротивления цепи ротора1 при изменении статического момента на валу Мс от 0,4 Л1ном До 1,5 ТИдом- Оптимальное значение активного сопротивления в цепи ротора, обеспечивающее минимальный
путь торможения и максимальную точность остановки, находится в пределах /?р=0,35-^-0,45. С увеличением /?ре в 4,5 раза (от 0,1 до 0,45) точность остановки при указанных пределах изменения Мс повышается в 8 раз.
Для иллюстрации приведем в абсолютных значениях расчетные данные времени и пути динамического торможения крановых двигателей серий'МТН, МТКН мощностью 30 кВт, 720 об/мин при статическом моменте на валу Мс = =0,1 Л1Ном, моменте инерции механизма 7мех = 27д и отношении постоянного тока к току статора при холостом ходе, равном 3. Время торможения двигателя МТН при полном сопротивлении роторной цепи /?р* = 0,4 равно 1,2 с, путь торможения фт=4 оборота вала; соответствующие значения для двигателя МТКН равны 1,7 с и 12 оборотов вала двигателя. ■
Из сравнения характеристик рис. 8 видно, что дальнейшее повышение эффективности динамического торможения двигателей с фазным ротором может быть достигнуто путем переключения резисторов в цепи ротора: вначале включают добавочное сопротивление, соответствующее полному сопротивлению /?Р1 = 0,4 7?Р1ном, а после снижения частоты вращения в 2 раза шунтируют часть резисторов' в роторе, уменьшая полное сопротивление до значения ^2 = 0,2 /?р,ном. '
Резистор Rr в цепи постоянного тока выбирают из условия ограничения постоянного тока в статоре /п значением, равным трехкратному току статора при холостом ходе двигателя /С)Х. Сопротивление резистора Кд можно рассчитать по формуле
. ^=-^--(2^ + ^), (11) *п
где Un — напряжение источника постоянного тока; /п — постоянный ток в обмотке гтатора; Кс— сопротивление фазы статора; Кпр — сопротивление проводов.
Преимущества динамического торможения: высокая плавность, надежность и долговечность. Настройки и регулировки практически не требуется. Ударные моменты не превышают 2 МНом.
Торможение противовключением и двухтоковое. Как известно, режим торможений противовключением асинхронного двигателя возникает при вращении двигателя против поля, когда изменяю’’ порядок чередования фаз статора. Этот метод торможения отличается эффективностью, так как момент двигателя значителен (1,5—2 МНом) и мало меняется в течение всего времени замедления (см. кривую 2 на рис. 6).
В конце процесса торможения двигатель должен б^гть своевременно отключен от сеги, чтобы предотвратить его реверс. Применение реле времени для контроля остановки при торможении противовключением невозможно из-за разброса выдержек времени, нестабильности нагрузки и напряжения сети. Поэтому в классических схемах торможения противовключением исюльзуют реле скорости или реле ЭДС ротора. Однако погрешности срабатывания этих аппаратов приводят к значгтельной погрешности позиционирования. •
Торможение противовклрчением неприменимо при большом числе включений дшгателя, так как вызывает его повышенный нагрев: поте>и энергии в двигателе примерно в 3 раза выше, чем прг динамическом торможении. К недостаткам этого вида тгрможения относятся также значительные ударные момен'Ы при переключении двигателя, которые могут в 10 ра[ и более превышать номинальный момент двигателя.
Двухтоковое торможение >существляется путем одновременной подачи в обмотки статора переменного и постоянного токов. В момент н<чала торможения изменяет-
Рис. 10. Схема симметричного двухтокового торможенияРис. 10. Схема симметричного двухтокового торможения
Рис. 10. Схема симметричного двухтокового торможения
Рис. 10. Схема симметричного двухтокового торможения
ся порядок чередования фаз статора. Механическая характеристика 3 асинхронного двигателя при двухтоковом торможении получается в результате суммирования механических характеристик режимов динамического торможения / и противовключения 2 (см. рис. 6). Во втором квадранте
двигатель развивает значительные тормозные моменты, обеспечивающие быстрое замедление (переход из точки А в точку В). Если при п=0 двигатель не отключить от сети, он реверсируется и работает при низкой («ползучей») частоте вращения (точка В). В отличие от торможения противовключением в схемах двухтокового торможения можно применять для управления процессом реле
времени.
Одна из рекомендуемых схем симметричного двухтокового торможения (с подачей постоянного тока в обмотки всех трех фаз статора) показана на рис. 10. Настройка эффективности торможения производится резисторами R1—R3, уровня «ползучей» частоты вращения — резистором R4.
Рис. п. Схемы магнитного торможения с токоограничивающими (а) и Жеи’ЯДН(Ы)1И ^ резисторами и схема магнитно-дииамического тормо-Рис. п. Схемы магнитного торможения с токоограничивающими (а) и Жеи’ЯДН(Ы)1И ^ резисторами и схема магнитно-дииамического тормо-Магнитное и магнитно-динамическое торможение. В асинхронном двигателе можно создать тормозной момент после отключения от сети, используя энергию затухающего магнитного поля. Такой способ иногда называют
Рис. п. Схемы магнитного торможения с токоограничивающими (а) и Жеи’ЯДН(Ы)1И ^ резисторами и схема магнитно-дииамического тормо-
Рис. п. Схемы магнитного торможения с токоограничивающими (а) и Жеи’ЯДН(Ы)1И ^ резисторами и схема магнитно-дииамического тормо-
торможением коротким замыканием, так как простейшим1 схемным решением является замыкание накоротко обмотки статора. В последние годы этот способ получил более точное название — магнитное торможение.
Схемы переключения двигателя в режим магнитного торможения показаны на рис. 11. Наиболее эффективен этот способ торможения для малоинерционных электроприводов малой мощности. К малоинерционным приводам относятся такие, у которых приведенный к валу двигателя момент инерции механизма не превышает двукратного момента инерции двигателя. В двигателе мощностью до I кВт возможно поглощение более 85% кинетической энергии, запасенной ротором при номинальной частоте вращения. С увеличением мощности двигателя момент инерции ро-, тора растет быстрее, чем энергия магнитного поля. Поэто! му эффективность магнитного торможения снижается.
В начале режима короткого замыкания статора при номинальной частоте вращения пики момента на валу в’ 4—7 раз превышают номинальный момент двигателя [3]. При этом двигатель интенсивно (за время 0,02—0,06 с) тормозится. Тормозной путь составляет доли оборота вала двигателя. Для короткого замыкания статора двигателей мощностью до 1 кВт используют обычно вспомогательные контакты линейного контактора.
Уменьшение пиков момента в 1,5—2 раза без уменьшения эффективности торможения достигается введением в цепь статора резисторов (рис. 11,6). Сопротивление резисторов должно в 4—5 раз превышать активное сопротивление фазы статора.
Наиболее эффективно магнитное торможение в сочетании с динамическим и конденсаторным торможением. Схема магнитно-динамического торможения (МДТ) дана на рис. 11,в. На первом этапе включается контактор Т1 и двигатель быстро замедляется в режиме магнитного торможения. После затухания магнитного потока отключается контактор Т1 и включается контактор динамического торможения Т2. Двигатель останавливается.
Применение МДТ для малоинерционных приводов мощностью до 7 кВт вместо динамического торможения при одном и том же значении постоянного тока уменьшает время торможения в 1,4—2 раза, а путь торможения — в 3—4 раза. Для приводов мощностью до 1 кВт время и путь торможения уменьшаются еще значительнее. За счет резкого уменьшения тормозного пути существенно увеличивается точность остановки электропривода [3, 4].
Конденсаторное торможение и его сочетание с динамическим и магнитным. Конденсаторное торможение асинхронных двигателей малой мощности и комбинированные способы торможения с его использованием в последние " годы получили значительное распространение. С точки зрения быстроты остановки, сокращения тормозного пути и повышения точности указанные виды торможения часто дают лучшие, результаты. Конденсаторное торможение основано на использовании явления самовозбуждения асинхронной машины. В отличие от динамического и рекуперативного оно не требует потребления возбуждающей энергии из сети.
На рис. 12,о приведена схема включения двигателя при конденсаторном торможении. Параллельно обмотке статора включают конденсаторы, обычно соединенные по схеме треугольника. При отключении двигателя от сети токи разряда конденсаторов создают магнитное поле, вращающееся с низкой угловой скоростью. Машина переходит в режим генераторного торможения, частота вращения снижается до значения, соответствующего частоте вращения возбужденного поля. Во время разряда конденсаторов по-
Рнс. J2. Конденсаторное торможение асинхронных двигателей
является большой тормозной момент, который с уменьшением частоты вращения падает. В начале торможения происходит быстрое поглощение запасенной ротором кинетической энергии при малом тормозном пути. .Торможение резкое, ударные моменты достигают 7 Мном. Значение пика тормозного тока при самых больших значениях емкости не превышает пускового тока. Среднее значение момента Составляет 0,5—1 /Ином-
На рис. 12,г построены тормозные характеристики двигателей единой серии малой мощности для разных емкостей. Номинальной емкостью СНОм считается такая емкость, которая обеспечивает полную компенсацию реактивной составляющей тока статора двигателя при номинальной нагрузке.
Как видно из кривых рис. 12,г, с ростом емкости конденсаторов тормозной момент увеличивается и торможение длится до более низкой частоты вращения. Исследования показали, что оптимальное значение емкости лежит в пределах 4—6 Сном [3].
Для сети частотой 50 Гц значение номинальной емкости конденсаторов при соединении их треугольником, а обмотки статора в звезду подсчитывается по формуле, мкФ,
Си= 1840-^- , (12)
б^ном
где /о — ток намагничивания двигателя (на фазу); L7HOM — номинальное линейное напряжение.
При U«ом = 380 В получаем, мкФ, Сн=4,85 /0.
Конденсаторное торможение- прекращается при частоте вращения 30—40% номинальной, когда частота вращения ротора становится равной частоте вращения поля статора от возникающих в статоре свободных токов. При этом в процессе торможения поглощается более 3/4 кинетической энергии, запасенной приводом. Для полной остановки двигателя по схеме рис. 12,а необходимо наличие на валу момента сопротивления.
Описанная схема выгодно отличается отсутствием переключающих аппаратов, простотой обслуживания, надежностью и экономичностью.
При глухом подключении конденсаторов параллельно двигателю можно применять только такие типы конденсаторов, которые рассчитаны на длительную работу в цепи ‘ переменного тока. К ним относятся конденсаторы следующих типов: МБГЧ на напряжение 500 В, КМ1, КМ2 и КС1 на 380 В, а также КБГ-МН на 600 В при повторно-кратко-
временном режиме работы электропривода (при ПВ<50%) и 1000 В при продолжительном режиме работы.
Если торможение осуществляется по схеме рис. 12,в с подключением конденсаторов после отключения двигателя от сети, возможно применение более дешевых и малогаба- 1 ритных металлобумажных конденсаторов типов МБГП и МБГО, предназначенных для работы в цепях постоянного и пульсирующего тока, а также сухих полярных электролитических конденсаторов (КЭ, КЭГ и др.).
Конденсаторное торможение с глухо подключенными по схеме треугольника конденсаторами целесообразно при- ■ менять для быстрой и точной остановки электроприводов, на валу которых действует момент нагрузки не менее 25% номинального момента двигателя.
Для конденсаторного торможения может быть применена и упрощенная схема: однофазное включение конденсаторов (рис. 12,6). Для получения такого же тормозного эффекта, как при трехфазном включении емкости, необходимо, чтобы емкость конденсатора в однофазной схеме была в 2,1 раза больше емкости в каждой фазе в схеме на рис. 12,п. При этом, однако, емкость в однофазной схеме составляет лишь 70% суммарной емкости конденсаторов при их трехфазном включении.
Потери энергии в двигателе при конденсаторном торможении наименьшие по сравнению с другими видами торможения, поэтому оно рекомендуется для электроприводов с большим числом включений. При выборе аппаратуры следует учесть, что контакторы в цепи статора долж-. ны быть рассчитаны на ток, протекающий по конденсаторам.
Для устранения недостатка конденсаторного торможения — прекращения действия до полной остановки двигателя— используют его сочетания с динамическим и
Рис. 13. Схемы коидеисаторно-динамического торможения
магнитным торможением, предложенные проф. Л. П. Петровым. -
Две основные схемы конденсаторно-динамического тор: можения (КДТ) представлены на рис. 13. В схеме рис. 13,4 постоянный ток подают в статор после прекращения дей^ ствия конденсаторного торможения. Эта схема рекомендуется для точной остановки электропривода. Подачу постоянного тока следует производить в функции пути механизма. При сниженной частоте вращения момент динамического торможения значителен, что и обеспечивает быстрое окончательное затормаживание двигателя.
Эффективность такого двухступенчатого торможения видна из следующего примера. При динамическом тормо< жении двигателя АЛ41-4 (1,7 кВт, 1440 об/мин) с внеш< ним моментом инерции на валу, составляющим 22% момента инерции ротора, время торможения равно 0,6 с, а тормозной путь 11,5 оборота вала. При совмещении конденсаторного и динамического торможения время и путь торможения сокращаются до 0,16 с и 1,6 оборота вала (емкость конденсаторов была принята равной 3,9 Сном).
В схеме рис. 13,6 осуществляется перекрытие режимов • с подачей постоянного тока до окончания процесса конденч 'саторного торможения. Для управления вторым этапом служит реле напряжения РН. Конденсаторно-динамическое торможение по схеме рис. 13,6 позволяет снизить время Ц путь торможения в 4—5 раз по сравнению с КДТ по схеме рис. 13,а. Однако отклонения времени и пути от их средних значений при последовательном действии режимов конденсаторного и динамического торможения в 2—3 раза меньше, чем в схеме с перекрытием режимов.
Конденсаторно-магнитное торможение (КМТ) отличается интенсивным процессом снижения частоты вращения, меньшими потерями энергии, простотой схем (рис. 14). На
Рис. 14. Схемы конденсаторно-магнитного торможения:
а — простейшая схема; б — схема с ограничением пика момента в начале магнитного торможения'-
первом этапе действует конденсаторное торможение, при котором активно поглощается основная часть кинетической энергии вращающихся масс при магнитном потоке двигателя, значительно превосходящем номинальное значение. Благодаря этому особенно интенсивно проходит магнитное торможение на втором этапе замедления электропривода. Время торможения на этом этапе измеряется сотыми долями секунды. Для малоинерционных приводов емкость конденсаторов может быть небольшой и замедление в основном происходит за счет второго этапа — магнитного торможения.
При испытаниях в схеме КМТ время торможения двигателя АО41-5 (1 кВт, 930 об/мин) с конденсаторами. 3X32 мкФ (3,8 Сном) при работе вхолостую с небольшим моментом инерции на валу (15% момента инерции ротора) составило всего 0,05 с. Вал двигателя успевал повернуться на 0,4 оборота.
Важной особенностью КМТ является его высокая стабильность, зависящая только от разбросов времени срабатывания аппаратуры. В среднем при колебаниях напряжения сети в пределах ±20%, а момента нагрузки и момента инерции — до ±50% отклонения тормозного пути и времени торможения от заданных значений не превышают соответственно ±5% и ±10%.
Конденсаторно-магнитное торможение наиболее эффективно для двух-, четырех- и шестиполюсных двигателей единых серий 4А, АО2 и т. п. Для восьмиполюсных двигателей этот вид торможения дает худшие результаты из-за их большей инерционности. Конденсаторно-магнитное торможение менее эффективно и для краново-металлургических двигателей (МТКН и др.), отличающихся повышенными значениями активных сопротивлений обмоток, момента инерции и тока намагничивания.
Для торможения двигателей единой серии мощностью до 10 кВт при УДд^2 рекомендуется схема КМТ, показанная на рис. 14,а. Оптимальное значение емкости конденсаторов равно 4—5 Сном", длительность первого этапа торможения составляет 0,04 —0,08 с. Если необходимо ограничить пик момента в начале этапа магнитного торможения, следует использовать схему рис. 14,6 с включением последовательно с обмотками статора резисторов R, сопротивление которых в 3—6 раз должно превышать активное сопротивление фазы статора. Для плавного замедления с последующей точной остановкой управление второй ступенью торможения производят в функции частоты вращения электропривода или напряжения на статоре.
ротором, то вращения торного получитьротором, то вращения торного получитьный двигатель с фазнымный двигатель с фазнымКТ.КТ.Л, Л1 иЛ, Л1 иПослеПослетакторахтакторахПрПрКТКТУ1У1АА5) С5) СМс - ММс - МРис 15. Переключение конденсаторов в цепь ротора для получения по ниженной частоты вращения:о — схема; 6 — механические характеристикиРис 15. Переключение конденсаторов в цепь ротора для получения по ниженной частоты вращения:о — схема; 6 — механические характеристикиV V V V1V V V V1ссУЗУЗУ2У2У2У2У1У1^1—^1—
ротором, то вращения торного получить
ротором, то вращения торного получить
ный двигатель с фазным
ный двигатель с фазным
КТ.
КТ.
Л, Л1 и
Л, Л1 и
После
После
такторах
такторах
Пр
Пр
КТ
КТ
У1
У1
А
А
5) С
5) С
Мс - М
Мс - М
Рис 15. Переключение конденсаторов в цепь ротора для получения по ниженной частоты вращения:
о — схема; 6 — механические характеристики
Рис 15. Переключение конденсаторов в цепь ротора для получения по ниженной частоты вращения:
о — схема; 6 — механические характеристики
V V V V1
V V V V1
с
с
УЗ
УЗ
У2
У2
У2
У2
У1
У1
^1—
^1—
Для двигателей мощностью 10—15 кВт, а также для приводов с отношением 7//д>2 емкость конденсаторов необходимо увеличивать. При этом для снижения первого пика тормозного момента блок конденсаторов подключают через резисторы, сопротивление которых равно (0,2—0,4) ^ном ^ном
Нагрев двигателя при КМТ в 2 раза меньше, чем при динамическом торможении. Поэтому этот способ выгодно применять для точной остановки приводов, работающих с большим числом включений.
Для двигателей средней и большой мощности конденсаторное торможение оказывается малоэффективным, так как запас энергии магнитного поля растет медленнее, чем ‘момент инерции ротора.
Если для привода механизма используется асинхрон-
пониженную частоту в конце конденса- торможения можно путем переключения
конденсаторов в цепь ротора, включив их последовательно с дросселями. Схема рис. 15,а дозволяет получить низкую устойчивую частоту вращения (менее 2% синхронной). Нормально электродвигатель пускается при включенных кон-
28
срабатывания контакторов ускорения У/, У2 и УЗ двигатель выходит на естественную характеристику 1 (рис. 15,6). При моменте сопротивления 7ИС привод работает на высокой частоте вращения пр. Конденсаторы С включены в цепь статора. В первый период торможения отключается контактор Л, и двигатель переходит из точки А в режим конденсаторного торможения по характеристике 2 в точку Б. В конце этого этапа отключаются контакторы КТ и Л1 и включаются контакторы Л и П. В каждую фазу ротора включаются последовательно соединенные емкость С и индуктивность L. Эти колебательные цепи С—L нормально представляют высокое сопротивление; ток и момент двигателя малы. При заранее выбранной низкой частоте вращения частота тока в роторе возрастает до резонансной, при которой сопротивление цепей С—L резко падает. В роторе появляется большой ток, создающий значительный момент. Характеристика двигателя в этом режиме построена на рис. 15,6 (кривая 3). Двигатель из точки В переходит в точку Г и далее работает на жесткой характеристике при низкой частоте вращения в точке Д. Расчет индуктивности и емкости приведен в [5].
Конденсаторное торможение и его сочетания с динамическим и магнитным торможением применяют на металлорежущих станках, на некоторых вспомогательных ме- таллургических механизмах и т. п.
Пример 2. Выбор конденсаторов. Рассчитать емкость и выбрать конденсаторы для торможения электродвигателя 4A132S6, 5,5 кВт, 380 В, 965 об/мин. Рассмотреть симметричное и несимметричное включе*. иие емкости.
х L Номинальная емкость
/.6,5
1840——- = 1840 —= 31,5 мкФ.
6н0М380 ■
Ток холостого хода /о=6,5 А.
Требуемая фазная емкость конденсаторов при трехфазном включении по схеме треугольника (рис. 12,а). Примем пятикратное значение емкости С3=5СНОм—5-31,5= 157 мкФ.
Итак, требуются конденсаторы емкостью 3X157 мкФ1, Выбираем трехфазнын конденсатор типа KMI-0,5-13-3, 500 В, 3X165 мкФ.
При однофазном включении емкости (рис. 12,6) для получения Равной эффективности торможения требуется емкость Ci=2,l С3= =2,1 • 157=314 мкФ.
Максимальные значения ускорения и замедления. При выборе способа торможения и расчете параметров схемы
электропривода следует учитывать, что для многих производственных механизмов ограничиваются максимальные значения ускорения при пуске и замедления при остановке. Так, например, для устранения раскачивания груза, подвешенного на тросе, ускорение и замедление соответствующих грузоподъемных механизмов не должны превышать 0,1—0,2 м/с2.
Допустимые значения ускорения а и замедления b машин и механизмов, транспортирующих в ковшах жидкие расплавы (чугун, сталь, шлак и т. п.), определяются из условия n=b^gtga,
где g=9,81 м/с2— ускорение свободного падения; a — допустимый угол наклона поверхности жидкого расплава под действием инерционных сил, который рассчитывают или определяют графически с учетом геометрической формы ковша и максимального уровня его заполнения. Обычно я=Ь<0,25 м/с2.
Если в процессе замедления электропривода тормозной момент на валу двигателя меняется мало, например при торможении асинхронного двигателя противовключением, использовании механического тормоза и т. п., то время торможения вала электропривода от частоты вращения п-до полной остановки равно, с,
tT =Jn ...(13)
. -9,55(Л1Т + Л1С)v ’
' Зная время торможения, можно определить значение замедления механизма с учетом его кинематической схемы. Так, для поступательно движущихся колесных механизмов замедление равно, м/с2,
b — .^ДЛДТ^сД14)
ipJ ’,
где RK — радиус колеса.
Если при торможении момент ■ двигателя изменяется, например при конденсаторном и динамическом торможении, то по соответствующей механической характеристике (-рис. 6) находят максимальный момент Мд,тах и по его значению рассчитывают максимальное замедление
•L ^к (^д.тах Т" -К)
* итах —. ,•
■ Электроприводы самоходных механизмов должны также обеспечивать в процессе остановки плавное торможе- пие для исключения пробуксовки колес по рельсам. Мак-
симально допустимый тормозной момент двигателя лимитируется критическим значением замедления 6Кр, выше которого начинается буксование.
Коэффициент сцепления колеса с рельсом <р может изменяться в пределах 0,18—0,24. Соответственно критическое значение замедления bKp=<pg = 1,75^-2,35 м/с2.
Для исключения буксовки при минимальном коэффициенте сцепления тормозной момент двигателя не должен превышать -.
Мд.тах = -^--Л1с. (15)
СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПОНИЖЕННОЙ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
В промышленности широко используют асинхронные двигатели — простые по конструкции, надежные и дешевые электрические машины. Хорошо известны способы регулирования частоты вращения асинхронных двигателей добавочными резисторами в роторе, снижением частоты тока, изменением числа полюсов статора. Для получения точной остановки первые два метода применяют редко.
Добавочные резисторы не могут обеспечить устойчивую низкую частоту вращения из-за мягкости механических характеристик; при малых моментах нагрузки существенно снизить частоту вращения невозможно.
Изменение частоты тока дает хорошие результаты. Однако для нерегулируемых электроприводов, требующих лишь точной остановки, этот метод в настоящее время используют редко из-за необходимости установки специального преобразователя частоты. Подробнее о питании током низкой частоты в схемах точной остановки см. ниже.
Многоскоростные двигатели с успехом применяют для получения точной остановки ряда механизмов, в частности лифтов. Однако многоскоростные двигатели единой серии 4А (с переключением числа полюсов обмотки статора) не имеют пониженной синхронной частоты вращения менее 500 об/мин (33% высокой частоты вращения). Для получения высокой точности остановки этого недостаточно. Крановые двигатели серии MTKF имеют 24-полюсную обмотку и соответственно синхронную частоту вращения 250 об/мин, однако их шкала мощностей ограничена.
Для решения задачи точной остановки электроприводов переменного тока созданы специальные схемы полу-
чения низких частот вращения двигателей. Несмотря на все разнообразие этих схем, подробно рассмотренных в настоящем параграфе, общим для большинства их является принцип регулирования частоты вращения. Значительное снижение частоты вращения (в некоторых схемах в 30—50 раз) достигается использованием метода наложения тормозного момента на двигательный. Такой совмещенный режим может быть получен либо электромагнитным путем благодаря подмагничиванию двигателя постоянным током при совместном питании статора переменным и постоянным током, либо благодаря созданию внешнего тормозного момента на валу двигателя (двухдвигательный электропривод, схема с вихревым тормозным генератором и др.).
Плохие энергетические показатели многих схем (низкие КПД, cosq), повышенный нагрев) в схемах точной остановки не играют роли, так как работа механизма на низкой скорости является кратковременной.
В последние годы все большее распространение получают схемы регулирования асинхронных двигателей с использованием тиристорных коммутаторов. Рассмотрению этих схем, дающих пониженные частоты вращения до 5— 10% номинальной, мы уделим внимание. Будет также дана краткая характеристика некоторых специальных схем и способов точной остановки электроприводов.
' Двухдвигательный электропривод. Низкая скорость перемещения механизма легко может быть получена, если он приводится двумя двигателями (с фазными или короткозамкнутыми роторами). Каждая машина может быть выбрана на 50—70% общей потребной мощности.
Нормально оба двигателя Д1 и Д2 работают на общую нагрузку (рис. 16,о), включены контакторы Л1 и Л2. Механическая характеристика приведена на рис. 16,6 (кривая /). Для замедления электропривода перед остановкой двигатель Д2 переводится в режим динамического торможения (характеристика 2 на рис. 16,6). С этой целью он отключается от сети, а в две фазы статора подается постоянный ток (включается контактор Д). Сила посто- яннного тока регулируется добавочным резистором RT.
Результирующая характеристика привода 3 является суммой характеристик 1 и 2 и лежит в области низких частот вращения. Построение одной из точек результирующей характеристики (точка 4') показано на рис. 16,6. При любой выбранной частоте вращения складывают двигательный и тормозной моменты с учетом их знака (из от- 32
резка Г—2' вычитается отрезок 2'—3' и получается точка 4' характеристики 3).
При отсутствии достаточно мощного источника постоянного тока для динамического торможения можно двигатель Д2 заменить машиной постоянного тока, работающей в режиме динамического торможения на сопротивление в цепи якоря. Это сопротивление выбирается из условия ограничения тока в якоре машины значением не более 200—250% номинального.
Рис. 16. Получение пониженной частоты вращения двухдвигательного асинхронного электропривода:■
а —схема; б — механические характеристики•
Для создания тормозного момента на валу двигателя с целью снижения его частоты вращения до 10—20% номинальной перед точной остановкой иногда используется вихревой тормозной генератор. Тормозной момент на валу такого - генератора создается за счет взаимодействия постоянного магнитного поля с полем вихревых токов, наводимых в стержнях и теле ротора. Привод с вихревым тормозным генератором получил применение в отечественной и зарубежной промышленности в основном для кранов-и используется щля точной и безопасной установки поднимаемых грузов.'
Совместное питание статора переменным и постоянным током. Известно большое число схем получения пониженной частоты вращения методом наложения постоянного тока на переменный в статоре асинхронного двигателя (короткозамкнутого или с фазным ротором). Для создания Постоянной составляющей тока проще всего использовать полупроводниковые выпрямители. На рис. 17,о приведена Простейшая схема, обеспечивающая получение пониженной 3~3339. '’33
частоты вращения (несколько процентов синхронной чае стоты вращения).
Двигатель Д при нормальной работе питается от сета переменного тока через контакты контактора Л и одного из реверсивных контакторов В или Н. Двигатель работает на естественной характеристике 1 (рис. 17,6) и при статическом моменте нагрузки ЛГС имеет высокую частоту вращения нр (точка Д).
Рис. 17. Совместное питание статора переменным и постоянным током а — схема; 6 — механические характеристики
Перед точной остановкой для перехода на пониженную частоту вращения по команде датчика положения отключается контактор Л и включается контактор ДТ. В две последовательно включенные фазы статора подается выпрямленный ток через вентиль В. В этом режиме происходит динамическое торможение двигателя по характерна стике 2. Как показано стрелками, двигатель переходит из точки А в точку Б и далее тормозится до точки В. В это1 момент срабатывает реле времени, включающее дополнй! тельно к контактору ДТ контактор П. Двигатель получае* питание трехфазным током через добавочные резист» ры Rr. Благодаря включению на линейное напряжение вы прямителя В последовательно с реостатом Rn в фазах статора наряду с переменным током протекает постоянны! ток, точнее говоря, ток имеет переменную и постояннук составляющие, так как в проводящий полупериод на дс бавочных резисторах в статоре происходит падение напря жения и ток в статоре уменьшается. Постоянная состав ляющая тока создает момент динамического торможени!
(характеристика динамического торможения 4), который накладывается на двигательный момент характеристики 3. В результате совмещения двух режимов двигатель работает на характеристике 5, являющейся суммой характеристик 3 и 4.
После переключения двигатель из точки В переходит в точку Г и далее под действием статического момента нагрузки Мс замедляется до частоты вращения пп (точка Д).
Рис. 18. Применение отдельного выпрямителя для подачи в статор постоянного тока:
я — схема; 6 — механические характеристики
Как видно из графика рис. 17Д пониженная частота вращения составляет несколько процентов номинальной и является достаточно устойчивой. Следует помнить, что при работе в таком режиме ток двигателя близок к пусковому, т. е. в несколько раз превышает номинальный. Поэтому допустима лишь кратковременная, работа на пониженной частоте вращения. Резисторы Дд служат также и для ограничения тока при работе на характеристиках 5 и 2. Реостат Rn позволяет регулировать постоянную, составляющую тока.
Выпрямитель Д выполняется на кремниевых или селеновых вентилях. Количество диодов выбирается из усло- еия допустимого обратного напряжения и тока нагрузки. Пример расчета и выбора выпрямителя приведен ниже.
Предварительное снижение частоты вращения (в режиме динамического торможения или при выбеге под дей-
ствием статического момента) необходимо, чтобы избежать работы двигателя на второй ветви регулировочной характеристики (рис. 17,6, точка Е).
Применение короткозамкнутого двигателя с повышенным скольжениём (например, типа 4АС) или двигателя с фазным ротором позволяет получить более благоприятную результирующую характеристику, которая в области высоких частот вращения лежит целиком во II квадранте (рис. 18,6). В этом случае возможно прямое переключение на результирующую характеристику без предварительного замедления.
Максимальный момент двигателя при пониженной частоте вращения не превышает 1,2Мном, поэтому рекомендуется применение двигателей с повышенным пусковым моментом и повышенным скольжением. КПД электропривода при работе на пониженной частоте вращения низок. Длительность работы в режиме совместного питания не должна превышать 15 с.
Основная область применения — электроприводы механизмов, требующих кратковременного снижения скорости перед остановкой и- работающих с небольшим числом цию лов в час.'
Схемы совместного питания статора двигателя постов -янным и переменным током целесообразно использовать для двигателей с короткозамкнутым ротором мощностью не более 10 кВт. Для более мощных приводов следует применять асинхронные двигатели с фазным ротором и .использовать отдельный источник постоянного тока ■ (рис. 18,а). Резисторы Дщ необходимы для ограничения утечек постоянного тока в сеть переменного тока. Дроссель Др уменьшает пульсации переменного тока в цепи выпрямителя В. При использовании двигателей с фазным ротором результирующая характеристика (рис. 18,6) получается менее жесткой, чем в схемах с короткозамкнутыми двигателями..
Общим недостатком простых схем, приведенных н4 рис. 17 и 18, является вибрация ротора при низкой частоте вращения, сопровождающаяся шумом. Вибрация нежелательна при наличии зубчатых передач. Основной причиной возникновения вибраций ротора является наличие в двигателе несимметричного магнитного потока. Для ликвидации вибраций при работе на низкой частоте вращения необходимо создать в машине круговое вращающееся магнитное поле и иметь постоянный магнитный поток, равномерно распределенный по окружности статора.
Рассмотрим практически применяемые безвибрацион- ные схемы получения низкой частоты вращения. Для исключения вибраций при низких частотах вращения необходимо обеспечить равенство переменных составляющих токов, создающих круговое вращающееся магнитное поле, а также одинаковый по значению и направлению постоян-
Рис. 19. Симметричные Схемы совместного питания статора переменным и постоянным током
ный ток во всех трех фазах статора. Разработан ряд симметричных безвибрационных схем,, обеспечивающих выполнение указанных требований [6]. х
Симметричные схемы совместного питания обмоток статора переменным и постоянным током делятся на схемы с подпиткой сети постоянным током и без подпитки. При-
мер схемы первого рода приведен на рис. 19,а. Подпитка сети постоянным током является недостатком, так как может приводить к нечеткой работе аппаратуры. Преимуществом данной схемы является гибкость регулирования.
Рекомендуемые симметричные схемы без подпитки сети постоянным током показаны на рис. 19,6, в, г. В этих схемах постоянные составляющие токов замыкаются в контурах схемы. Рассмотрим подробнее схему, изображен-
Рис. 20. Механические характеристики симметричной схемы получения пониженной частоты враще-Рис. 20. Механические характеристики симметричной схемы получения пониженной частоты враще-ння:1-RI-0, fiZ-lOfi,,,; 2 — Rl-2R&, R2= -SR^; 3-К1-6Кф. К2-2Кф; 4-R1- —ЮДф, R2—0; Кф — сопротивление фа- вы статорання:1-RI-0, fiZ-lOfi,,,; 2 — Rl-2R&, R2= -SR^; 3-К1-6Кф. К2-2Кф; 4-R1- —ЮДф, R2—0; Кф — сопротивление фа- вы статораную на рис. 19,6. Между началами обмоток фаз а, Ь, с, и концами обмоток фаз Ь, с, а включены выпрямители Д последовательно с регулировочными резисторами R1. Последовательно с каждой фазной обмоткой статора включены резисторы R2, служащие для регулировки переменного тока. В каждой фазе статора наряду с переменным протекает постоянный ток. Значение этого
Рис. 20. Механические характеристики симметричной схемы получения пониженной частоты враще-
Рис. 20. Механические характеристики симметричной схемы получения пониженной частоты враще-
ння:
1-RI-0, fiZ-lOfi,,,; 2 — Rl-2R&, R2= -SR^; 3-К1-6Кф. К2-2Кф; 4-R1- —ЮДф, R2—0; Кф — сопротивление фа- вы статора
ння:
1-RI-0, fiZ-lOfi,,,; 2 — Rl-2R&, R2= -SR^; 3-К1-6Кф. К2-2Кф; 4-R1- —ЮДф, R2—0; Кф — сопротивление фа- вы статора
-тока регулируется резисторами Rj. Так как выпрямители Д одинаково направлены и образуют тре
угольник, в линейных проводах постоянные токи взаимно уничтожаются. При налад
ке в линейные провода включают амперметры постоянного тока с нулем в середине шкалы. При полной симметрии
все амперметры показывают нуль.
Механические характеристики (рис. 20) в области низких частот вращения являются достаточно жесткими. Характеристики построены для различных значений сопротивления резисторов R1 и R2. Из характеристик видно, что с увеличением постоянного тока (уменьшением R1) частота вращения двигателя уменьшается. В качестве выпрямителей Д могут быть использованы различного типа полупроводниковые диоды.
Краткие сведения о полупроводниковых выпрямителях. Наиболее широко в промышленности распространены кремниевые и селеновые выпрямители. Выпускаются силовые кремниевые диоды с естественным охлаждением серий В, ВЛ, В2, В10, В14, ДЛ и др. на токи 10—1600 А и обратные напряжения 100—1600 В.
Для защиты кремниевых диодов от перенапряжений каждый из них обычно шунтируют /?С-цепочкой. Так, например, диоды В200 шунтируют последовательно соединенными резистором 30 Ом и конденсатором емкостью 2 мкФ. В случае последовательного соединения двух диодов и более каждый из них рекомендуется шунтировать резистором для равномерного распределения обратного напряжения. Сопротивление шунтирующего резистора рассчитывается по формуле
^ ^ Ч^Ь,тах — 1 , ^Umax (16) кП-\Мь,тах ’ 1 ’
где Ub.max и 1ь,тах — максимальные значения обратного напряжения и тока диода; п— число диодов в цепи; Umax — максимальное обратное напряжение, прикладываемое к вентильной цепи.
Сопротивление резистора Кш выбирается таким, чтобы ток в нем был примерно равен двукратному значению обратного тока диода.
В схемах получения низкой частоты вращения асинхронных двигателей малой мощности можно использовать селеновые вентили. Селеновые вентили на стальной основе допускают максимальное амплитудное значение обратного напряжения на одном вентиле 20—25 В, а на алюминиевой основе 30—35 В. Среднее значение длительно допустимого тока на один вентиль:
Размер вентиля, мм
Ток А
Размер вентиля, мм
Ток А
035.
0.15
75X75 .
1,2
045-
0,3
90X90
1.5
060
0,6
100X100
■ 2,0
075
1,2
100X200
4,0
0100
1.5
юохзоо
6,0
40X40
0,3
100X400
8,0
60X60
0,6
Допуетима кратковременная перегрузка токами, в несколько раз превышающими указанные токи длительного Режима.
Значительно реже в электроприводе применяют германиевые вентили: германиевые диоды типов Д302—Д305на токи 1, 3, 5 и 10 А и обратные напряжения соответственно 200, 150, 100 и 50 В и мощные германиевые вентили с водяным охлаждением типов ВГВ-200, ВГВ-500 и ВГВ-1000 на токи 200—1000 А и обратные напряжения до 100 В. '
Пример 3. Рассмотрим упрощенную методику расчета и выбора резисторов и выпрямителей для безвибрационной схемы получения низкой частоты вращения по рис. 19,6.
Для примера выберем электродвигатель 4А80А4; его номинальная мощность Рном=1.1 кВт, напряжение t/HoM = 380 В, частота вращения Яном =1420 об/мин, номинальный ток /Ндм=2,76 А,. пусковой ток /к= =5/ном= 13,8 А.
Сопротивление Д, равное сумме сопротивлений резисторов iKi и Ra, находится по формуле
Д = 0,22 -^- = 0,22——= 30,3 Ом.
Люм2,76
Выбор ящика резисторов производится по длительному току, эквивалентному по перегреву кратковременному току /п, протекающему через резисторы [7].
Примем, что время работы при «ползучей» частоте вращения равно 10 с, а при нормальной работе с высокой частотой вращения резисторы током не обтекаются. Ток 1О" можно считать равным пусковому току. /п=/к= 13,8 А. .-■•/
По таблице резисторов [7, табл. 5-10] находим среднюю постоянную времени Т ящика резисторов предполагаемого типа: 7=175 с. Далее по отношению времени включения к постоянной времени /р/7= = 10/175 = 0,057 находим по кривой /Эп//р=<(<р/7) [7, рис. 5—6] отношение эквивалентного по перегреву тока /эп к рабочему току /р, равному в нашем случае /Р=7К=13,8 А, Zan/7P=0,23.
Эквивалентный ток равен /Эп —0,23-13,8=3,18 А.
По этому току и требуемому сопротивлению Д=30,3 Ом выбирается блок (ящик) резисторов ЯС100/2 или ЯСЗ с 11 элементами по 12 Ом, 5,4 А. Для каждой фазы используется по 3 элемента. Соотношение между резисторами R1 и R2 устанавливается при наладке; можно при этом руководствоваться данными, приведенными на рис.. 20. В качестве выпрямителей Д можно применить кремниевые диоды В (ВЛ) 25, 25 А, 500 В.
число последовательно и параллельно включенных шайб, пустимую кратность перегрузки селенового выпрямителя в течение 10 с А/=5.Расчетное значение, тока, к 13,8, „ .^расч— 2Д; "2.5 ~ ,38 А-Выбираем селеновые шайбы диаметром 100 мм на Число последовательно соединенных шайб в каждой фазеи = 1,2 Х2^к — 12 .l^3.8.0... = 26,число последовательно и параллельно включенных шайб, пустимую кратность перегрузки селенового выпрямителя в течение 10 с А/=5.Расчетное значение, тока, к 13,8, „ .^расч— 2Д; "2.5 ~ ,38 А-Выбираем селеновые шайбы диаметром 100 мм на Число последовательно соединенных шайб в каждой фазеи = 1,2 Х2^к — 12 .l^3.8.0... = 26,(гок 1,5 А.(гок 1,5 А.В случае применения селеновых выпрямителей необходимо найт^ Примем допри работе?
число последовательно и параллельно включенных шайб, пустимую кратность перегрузки селенового выпрямителя в течение 10 с А/=5.
Расчетное значение, тока
, к 13,8, „ .
^расч— 2Д; "2.5 ~ ,38 А-
Выбираем селеновые шайбы диаметром 100 мм на Число последовательно соединенных шайб в каждой фазе
и = 1,2 Х2^к — 12 .l^3.8.0... = 26,
число последовательно и параллельно включенных шайб, пустимую кратность перегрузки селенового выпрямителя в течение 10 с А/=5.
Расчетное значение, тока
, к 13,8, „ .
^расч— 2Д; "2.5 ~ ,38 А-
Выбираем селеновые шайбы диаметром 100 мм на Число последовательно соединенных шайб в каждой фазе
и = 1,2 Х2^к — 12 .l^3.8.0... = 26,
(гок 1,5 А.
(гок 1,5 А.
•-'доп
Рис. 21. Схема электрической фиксации
где Un — линейное напряжение; ■1/Дои=25 В — амплитуда допустимого обратного напряжения на шайбу; Г,2 — коэффициент запаса. "
Схема с фиксацией постоянным током. Схема электрической фиксации путем подачи постоянного тока в статорную и роторную обмотки позволяет получить высокую точность остановки без необходимости большого предварительного снижения частоты вращения, что связано с увеличением постоянной составляющей тока. Значение пониженной частоты вращения перед окончательной остановкой может быть принято равным 20%; номинальной.
Схема электрической фиксации показана на-рис. 21. При работе механизма на высокой скорости включены
контакторы Л1, Л2 и ЛЗ. Перед окончательной остановкой
двигатель переводится на пониженную частоту вращения. Контакторы Л1 и ЛЗ отключаются, включается контактор П. В цепи статора и ротора вводятся добавочные резисторы Яд, и Кд2, на линейное напряжение параллельно двум фазам статора включается выпрямитель Д. Получается описанная выше схема наложения тормозного момента на двигательный.
При подходе механизма на пониженной скорости к заданному положению по команде конечного выключателя точной остановки отключаются контакторы П и Л2 и включаются контакторы Ф1 и Ф2. В последовательно включенные две статорные и две роторные обмотки подается постоянный ток от сети или вспомогательного полупроводникового выпрямителя. Сила постоянного тока выбирается примерно равной номинальному току статора ^ном и регулируется с помощью резисторов /?д3 и /?д4.
Под действием образовавшегося постоянного магнитно- г° поля полюсы ротора притягиваются к соответствующим
полюсам статора, и ротор останавливается в строго фиксированном положении. Контактор Ф1 закорачивает третью свободную фазу статорной обмотки, служащую демпфером для исключения колебаний ротора около положения точной остановки. После окончания фиксации контакторы Ф1 и Ф2 отключаются.
Таблица 2. Сравнение наиболее употребительных многоскоростных асинхронных двигателей
Серия двигателя
Отношение чисел полюсов ^н/^в
Синхронные частоты вращения, об/мин
Максимальная мощность при высокой частоте вращения, кВт
4А
12/6
8/4 8/6/4 8/4/2 12/8/6/4
500/1000
750/1500 750/1000/1500
750/1500/3000
500/750/1000/1500
по
200
37
9,5
30
МТКН
12/6 16/6 20/6
500'1000
375/1000
300/1000 (
2,2 11
22
MTKF
12/4 24/4 24/2 24/8/4
500/1500
250/1500
250/3000 250/750/1500
4
22
15
45
Т
16/2 16/4 12/6/4/2
375/3000
375/1500
500/1000/1500/3000
4,5
5
3,5
ВАО
18/6
333/1000
71,5
АВТ
12/6/4
500/1000/1500
22
Подмагничивание постоянным током двухскоростного асинхронного двигателя. Многоскоростные асинхронные двигатели серий АО2, 4А, МТКН, MTKF, ВАО, Т широко применяются в промышленности для получения низкой рабочей скорости механизма и для предварительного его замедления с целью повышения точности остановки. В табл. 2 Приведены значения максимальных мощностей двигателей и отношений чисел полюсов обмоток статора ри/рв при работе на низкой и высокой частотах вращения. Из таблицы видно, что у серийных двигателей мощностью более 15 кВт путем переключения обмоток статора нельзя получить низ- 42
кую частоту вращения (менее 15% высокой частоты вращения) .
Когда для повышения точности остановки необходима более низкая частота вращения (2—3%), можно использовать метод совмещения двигательного и тормозного режимов в электрической машине. С этой целью в одну обмотку статора (обмотку высокой частоты вращения) подается постоянный ток от сети или индивидуального выпрямителя для создания тормозного момента, соответствующего режиму динамического торможения. Вторая обмотка включается в сеть переменного тока.
Рис. 22. Получение «ползучей» частоты вращения многоскоростного асинхронного двигателя:
о — схема; б — механические характеристики
На рис. 22,а приведена схема включения двухскоростного двигателя для получения «ползучей» частоты вращения, а на рис. 22,6 показаны механические характеристики двигателя для различных способов его включения. Во время рабочего хода при высокой частоте вращения включен контактор Л1, подключающий к сети переменного тока обмотку I (с меньшим числом полюсов). Двигатель работает на характеристике 2. При моменте нагрузки Мс частота вращения равна пр. Для замедления электропривода отключается контактор Л1 и включается контактор ЛЗ.
В последовательно включенные обмотки двух фаз статора подается постоянный ток от выпрямителя В, и двигатель переходит в режим динамического торможения по характеристике 3 (как показано стрелками). Постоянный ток должен быть приблизительно равен трехкратному току холостого хода включаемой обмотки. Резистор R2 служит для получения требуемого значения постоянного тока.
В конце торможения включается контактор Л2. При этом дополнительно к работающей обмотке I на сеть включается обмотка //. Происходит наложение двигательного и г тормозного режимов, в результате чего двигатель переходит на характеристику «ползучей» частоты вращения 4, являющуюся суммой характеристики двигательного режима при низкой частоте вращения- / и тормозной характеристики 3. При моменте Мс ротор двигателя вращается с частотой вращения пп.
Построение этой результирующей характеристики легко выполняется путем сложения с учетом знака моментов на характеристиках 1 и 3 для нескольких значений частоты вращения. Как видно из рис. 22,6, суммарная результирующая характеристика дает стабильную низкую частоту вращения (до 2—3% номинального значения).
Для окончательной остановки двигателя вновь отключается обмотка // и происходит динамическое торможение с «ползучей» частоты вращения до полной остановки (переход из точки А в точку 0 показан стрелками).
Получаемая в описанной схеме низкая частота вращения обеспечивает высокую точность остановки электропривода. При исследованиях этой схемы на двигателе мощностью 0,75 кВт А. С. Сандлером была получена неточность остановки ±8° на валу двигателя при изменении статического момента нагрузки на 50% и колебаниях напряжения питающей сети на ±10%.
Как и в других аналогичных схемах совмещения двигательного и тормозного режимов, в короткозамкнутых двигателях при низкой частоте вращения токи близки к пуско- ным. Добавочные резисторы R1 в статоре служат для некоторого снижения тока. Однако одновременное уменьшение пускового и максимального моментов на характеристике4 может быть нежелательным (при большом моменте нагрузки). Низкая частота вращения должна использоваться кратковременно.
Тиристорные схемы получения пониженных частот вращения асинхронных двигателей. Тиристоры в схемах совместного питания статора переменным и постоянным током
дают возможность легко настраивать требуемую пониженную частоту вращения, выбирая нужную регулировочную характеристику. Одна из простых и эффективных схем по-казана на рис. 23,а. В цепях двух фаз статора включены встречно-параллельно по одному тиристору и диоду. Изменяя угол открывания тиристоров а, регулируют соотношение между переменной и постоянной составляющими
напряжения.
Рис. 23. Несимметричная схема включения в цепь статора тиристоров и диодов (а) и механические характеристики (б) при RP=O,1/?H:
1 — 0-80°; 2—0=120°-
При полностью открытых .тиристорах двигатель работает на естественной характеристике. Когда тиристоры закрыты (а^150°), наступает режим питания двигателя пульсирующим током, и он переходит в режим динамического торможения. При промежуточных значениях угла а ток статора содержит переменную и постоянную составляющие. При больших углах а (80—120°) двигатель работает с устойчивой низкой частотой вращения (рис. 23,6). Для быстрого перехода с высокой на низкую частоту вращения можно использовать конденсаторное торможение.
Как и во всех подобных схемах совместного питания двигателя переменным и постоянным током, электрические потери в обмотках превышают номинальные в 10—15 раз при использовании двигателей с фазным ротором и в 25 раз и более в электроприводах с короткозамкнутыми двигателями. - • '
’ Две простейшие симметричные схемы на тиристорах и симисторах приведены на рис. 24. В схеме рис. 24,а тиристоры Т1—ТЗ регулируют переменную составляющую тока статора, тиристоры Т4—Тб — постоянную составляющую. При включении пары тиристоров (например, Т1 и ^4) двигатель переводится в режим динамического тормо-
жения. В схеме рис. 24,6 переменная составляющая тока регулируется симисторами С/—СЗ, а постоянная составляющая— тиристорами Т1—ТЗ. Тормозной режим возникает при открытии симистора С/ «вверх», а С2 «вниз» при одновременном открытии тиристоров II и Т2.
Более широкие регулировочные возможности предоставляют схемы с включением асинхронного двигателя через промежуточный трансформатор. Схема с двумя пониженными частотами вращения изображена на рис. 25,а. При
Ряс. 24. Симметричные схемы получения «ползучей» частоты вращения асинхронных двигателей: .•.
а — схема на тиристорах; б — схема на симнсторах
полностью открытых тиристорах Т1—ТЗ двигатель работает на естественной характеристике. После закрывания этих тиристоров и открывания симистора ТС в оба направления к параллельно соединенным обмоткам фаз статора подводится однофазное напряжение. При этом суммарный момент от первой пространственной гармоники магнитного поля равен нулю и вращающий момент создается третьей пространственной гармоникой; синхронная частота вращения двигателя в этом режиме равна «ном/3. При переходе с «ном к йном/3 происходит интенсивное рекуперативное торможение. Затем симистор ТС открывают только в прямом направлении, а тиристоры Т1—ТЗ открывают не полностью. Происходит наложение постоянного магнитного поля на вращающееся и двигатель переходит на пониженную частоту вращения. Открывание тиристора Т4 увеличивает вдвое постоянную составляющую тока в статоре и сокращает путь выбега с пониженной частоты вращения при закрывании тиристоров Т1—ТЗ. Осциллограмма про-
Рис. 25. Формирование трехступенчатого графика .замедления с двумя пониженными частотами вращения:
с —схема; 6 —диаграмма снижения частоты вращения; К1—КЗ —команды на аамедление и остановку
цесса замедления и точной остановки показана на рис. 25,6.
Схемы с тиристорными регуляторами напряжения. С переходом к бесконтактным тиристорным пускателям и тиристорным станциям управления, осуществляющим плавное регулирование напряжения, возможности схем асинхронного позиционного электропривода расширились. При этом удалось упростить схемы силовых цепей за счет контакторов и мощных резисторов, уменьшить потери энергии, сократить время работы на «ползучей» частоте вращения и повысить благодаря этому производительность.
Основные элементы схемы электропривода с трехфазным тиристорным регулятором напряжения (ТРН) представлены на рис. 26,а. Обратная связь по частоте вращения с использованием тахогенератора ТГ обеспечивает жесткие механические характеристики (рис. 26,6). С ростом момента нагрузки на валу частота вращения начинает снижаться, однако уменьшение напряжения тахогенерато-
Рис. 26. Схема с тиристорным регулятором напряжения и обратной связью по частоте вращения (а) и механические характеристики (б)
ра приводит к росту напряжения на входе СИФУ. В результате угол открывания тиристоров а уменьшается, напряжение на статоре увеличивается, поддерживая частоту вращения двигателя на уровне, близком к первоначальному. Изменяя потенциометром Rn задающее напряжение U3l получают семейство механических характеристик (рис. 26,6). Диапазон регулирования может достигать 1 : 10 и более.
Для бесконтактного реверса используют схему, содержащую 10 тиристоров (рис. 27). Эта схема позволяет лег-
Рис. 27. Реверсивная схема - управления двигателем с тиристорным регулятором напряженияРис. 27. Реверсивная схема - управления двигателем с тиристорным регулятором напряженияко получить режим динамического торможения путем открывания четырех из десяти тиристоров. Так, например, открыв тиристоры Т1, Т4, Т8 и T9, образуют однофазный выпрямительный мост, питающий последовательно соединенные обмотки фаз А и В статора (81*
Рис. 27. Реверсивная схема - управления двигателем с тиристорным регулятором напряжения
Рис. 27. Реверсивная схема - управления двигателем с тиристорным регулятором напряжения
Схемы с ТРН применяют
для плавного регулирования частоты вращения как двигателей с фазным ротором, так и короткозамкнутых. С использованием описанных принципов ТРН промышленность серийно выпускает тиристорные станции управления ТСУР и ТСУ-РИ для двигателей мощностью до 75 кВт. Функциональная схема станции' ТСУР показана на рис. 28. Станция ТСУР осуществляет плавный пуск двигателя с ограничением ударных динами
ческих моментов в механизме, реверс, регулирование частоты вращения в диапазоне 1 :10 при использовании обратной связи от тахогенератора, динамическое торможение регулируемой интенсивности, форсированный переход на
пониженную частоту вращения в режиме динамического торможения. Падение частоты вращения при изменении момента на валу двигателя от 0 до 7Ииом не превышает 10%.
Схемой тиристорной станции ТСУР предусмотрены все необходимые виды защит асинхронного двигателя и тиристорного коммутатора: от коротких замыканий, перегрузки, снижения напряжения сети, обрыва фазы, нулевая защита, а также токовая отсечка по току статора. Габариты станции ТСУР на ток 63 А равны 700X600X1400 мм, на ток 100 А —700X600X1800 мм.
Упрощенным вариантом схем с ТРН является асинхронный электропривод с регулированием степени несим- метрии подводимого напряжения (рис. 29,а). Схема содержит всего два тиристора. При малых углах открывания тиристоров а к двигателю прикладывается симметричное
Рис. 28. Асинхронный электропривод с фазовым управлением тиристорным коммутатором в цепи статора с применением станции ТСУР:
Д — двигатель; ТГ — тахогенератор; БС1—БС5 — силовые тиристорные блоки;
УТ — узел токоограиичения; Б^1—БУ5 — блоки фазового управления; БР1— БРЗ—блоки режима; БОС — блок обратной связи; БЗ—блок защиты; ПУ— панель управления
напряжение. Изменяя угол открывания тиристоров, можно получить различную степень несимметрии трехфазного напряжения вплоть до отключения одной фазы двигателя. При промежуточном значении угла а в каждом полупериоде через определенный промежуток времени к сети подключается третья фаза и двигатель переводится из несимметричного режима в симметричный [9]. Механические характеристики. 1—5 показаны на рис. 29,6. Диапазон регулирования в замкнутой системе (характеристика /) равен 1 :5—1 : 10.
Конденсатор С, включенный на зажимы двух фаз статора, позволяет осуществить электрическое торможение и Расширить пределы изменения момента на валу двигателя. 4—3339 49
Торможение осуществляется по переходной характеристике П (рис. 29,6).
Ёмкость конденсатора, мкФ,
С=2130/7ф,
где /ф — полное сопротивление фазы статора, Ом.
Рис. 29. Схема асинхронного электропривода С регулируемой степенью несимметрии напряжения (а) и механические характеристики (б)
Питание двигателя током низкой частоты. Одним из способов получения пониженной частоты вращения асинхронного двигателя является питание током низкой частоты. Как известно, синхронная частота вращения По прямо пропорциональна частоте тока:
где f — частота; р— число пар полюсов.
Для получения низкой частоты тока используют тиристорные'или электромашинные преобразователи. Применение таких преобразователей для получения точной остановки электроприводов является экономически оправданным лишь в тех случаях, когда имеется много механизмов, скорость которых необходимо снижать для точной остановки или по другим технологическим требованиям. Самым простым и дешевым является асинхронный двухмашинный преобразователь частоты, состоящий из приводного короткозамкнутого двигателя и трехфазной электрической машины с фазным ротором. Такой преобразователь нетрудно собрать в любом цехе.
На рис. 30,а показана схема асинхронного преобразователя частоты. Приводной двигатель АД вращает асинхронную машину АПЧ. Напряжение U2 и частота тока в роторе машины АПЧ fa прямо пропорциональны скольжению s, равному
s пв — п
«о
где п0 — синхронная частота вращения машины АПЧ, определяемая числом пар полюсов р и частотой сети ft;
п—частота вращения ее ротора;
9~5»Гц 9 9 9~Я7Гц
ьМ\ >г
АД АПЧ
\\>\® \\>\®М ВС2М ВС2ВОТВОТ0,50,51,0 п*1,0 п*01.0 М* 2,001.0 М* 2,0wj)a1wj)a1А2-А2-нгнг
\\>\®
\\>\®
М ВС2
М ВС2
ВОТ
ВОТ
0,5
0,5
1,0 п*
1,0 п*
01.0 М* 2,0
01.0 М* 2,0
wj)a1
wj)a1
А2-
А2-
нг
нг
Рис. 30. Использование асинхронного преобразователя частоты:
с—схема; б — механические характеристики
г г р с ^ ЕгДп0 п) _
По
f, = f,s=
^0
здесь Е2к—напряжение на кольцах при неподвижном ро- - торе.
Если выбрать шестиполюсную машину АПЧ (пб= = 1000 об/мин), а приводной двигатель АД взять вось- .4*
ыиполюсный (п^730 об/мин), то частота тока в роторе АПЧ будет равна
f = fi.UOOO — 730) , q 2уг*1000' г
"Более низкую частоту тока можно получить, используя восьмиполюсный преобразователь АПЧ и десятиполюсный приводной двигатель. В этом случае
f,(750 — 570) ,750•
- . Для перевода иа • пониженную частоту вращения! рабочие двигатели Д1, Д2 и т. д. отключаются от сети и подключаются к ротору АПЧ (рис. 30,а). Для переключения служат контакторы высокой частоты вращения ВС1, ВС2 ... и пониженной частоты вращения П1, П2 ...
Таким образом, снижение частоты вращения двигателей в 4 раза.легко осуществимо при использовании стандартных электрических машин. Механическая характеристика двигателя при питании током низкой частоты приведена на рис. 30,6 (кривая /). Там же для сравнения показана естественная характеристика 2. Характеристика низкой частоты вращения является жесткой, что необходимо для получения стабильной пониженной скорости механизма. Пусковой момент двигателя падает с уменьшением частоты тока. Для увеличения пускового момента достаточно применить повышающий трансформатор в цепи ротора АПЧ.
ДСощность, снимаемая с колец АПЧ, пропорциональна частоте тока. Это позволяет выбирать приводной двигатель преобразователя меньшей установленной мощности; при специальном изготовлении мощность преобразователя АПЧ также уменьшается. Так, например, на некоторых зарубежных кранах используют одноякорные преобразователи, дающие частоту 6 Гц для получения точной остановки при опускании грузов. Мощность преобразователя составляет 25% мощности двигателя крана.
В отличие от рассмотренных выше схем наложения тормозного момента на двигательный для получения низкой частоты вращения питание током низкой частоты не приводит к большим токам и перегреву двигателей даже при продолжительной работе механизма на низкой скорости. Это является большим достоинством описанного способа регулирования.
При включении машин АД и АПЧ в сеть необходимо следить, чтобы направления вращения ротора АД и ма52""
гнитного поля АПЧ совпадали. В противном случае вместо снижения частоты тока можно ошибочно получить частоту в 1,5—2 раза выше нормальной.
В настоящее время промышленность выпускает тиристорные преобразователи частоты серий ЭКТ, ЭКТР на частоты 1—90 Гц и токи 20—160 А, ПЧШ и ПЧР с частотами 2—70 Гц на токи 200—800 А, ПЧНС с частотами 5— 25 Гц, 800 А и др. Тиристорные преобразователи частоты применяют в новых и реконструируемых цехах при наличии соответствующих технико-экономических обоснований.
Импульсное регулирование частоты вращения. При импульсном регулировании напряжение на двигатель подается короткими импульсами, перемежающимися паузами. На рис. 31,а приведены графики изменения напряжения на двигателе U и частоты его вращения п в функции вре-
^ис. 31. Импульсное регулирование, частоты вращения:
с — графики изменения напряжения U и частоты вращения л; 6 — схема с тахогенератором; в — схема с пульс-парой
мени. За время включения /в частота вращения двигателя не успевает значительно увеличиться, а за время паузы /о двигатель замедляется до остановки. Благодаря такому импульсному управлению можно получить достаточно низкую среднюю частоту вращения. С увеличением частоты импульсов колебания частоты вращения уменьшаются. Изменяя соотношение Д и /о, можно подобрать требуемую по условиям точной остановки частоту вращения пп.
На рис. 31,6 показана одна из простейших схем импульсного управления. Двигатель Д длительно работает при частоте вращения пР; при этом включен контактор Л1. По команде конечного выключателя ВП начинается процесс замедления. Двигатель отключается и затормаживается тормозом Т. Размыкающий контакт Л1 включает на зажимы тахогенератора ТГ быстродействующее слаботочное реле РИ. При частоте вращения двигателя, близкой к нулю, реле РИ отпадает и разрывает цепь промежуточного реле РП. Включается контактор Л2, и двигатель начинает увеличивать частоту вращения. Когда напряжение на тахогенераторе возрастет, вновь включится реле РИ, контактор Л2 отключится и двигатель начнет затормаживаться. Импульсные включения и отключения двигателя, дающие среднюю «ползучую» частоту вращения, будут продолжаться до тех пор, пока не сработает выключатель точной остановки ВТ, отключающий контактор Л2. Накладывается тормоз, и механизм останавливается в заданном положении. Резисторы R1 в цепи статора служат для снижения пусковых токов и повышения плавности пуска двигателя. Цепь реверса двигателя условно не показана.
На рис. 31,в приведен другой вариант описанной схемы, отличающийся отсутствием тахогенератора. Для импульсного управления служит пульс-пара, собранная на двух реле времени РВ1 и РВ2.
Крупным недостатком релейно-контакторных схем импульсного управления является большое число включений аппаратуры. Поэтому в последние годы получают распространение схемы импульсного регулирования частоты вращения двигателей с тиристорными коммутаторами. Так, в схеме с тиристорным регулятором напряжения в цепи статора (рис. 26) можно, периодически открывая и закрывая тиристоры, создавать режим импульсного регулирования, аналогичный рассмотренному выше. Уменьшая продолжительность открытого состояния тиристоров, снижают среднюю частоту вращения двигателя. Для получения жестких механических характеристик используют си-
стему автоматического регулирования с обратной связью по частоте вращения.
Большие возможности - импульсного регулирования открываются при использовании двигателей с фазным ротором. Схема импульсного регулирования с тиристорным ключом в цепи выпрямленного тока ротора показана на рис. 32,0. К кольцам ротора подключается трехфазный неуправляемый выпрямитель, нагруженный на добавочный резистор Яд. Параллельно резистору Яд включен тири-
Рис. 32. Импульсное управление сопротивлением в цепи, выпрямленного тока ротора:
в — схема; б— механические характеристики
стор 77, периодическое открывание и закрывание которого приводит к изменению эквивалентного добавочного сопротивления от 0 до Яд. Для сглаживания пульсаций служит дроссель Др. Вспомогательный тиристор Т2, конденсатор С, индуктивность L и диод Д образуют узел искусственной коммутации для закрывания основного тиристора Т1, работающего в цепи постоянного тока. В момент подачи управляющего напряжения на тиристор Т2 конденсатор С разряжается, создавая отрицательное затухающее напряжение для Т1. В цепь выпрямленного тока ротора вводится резистор Яд, а конденсатор С перезаряжается по цепи В-Т2.
Механические характеристики при импульсном управлении резистором в цепи ротора показаны на рис. 32,6. Граничные механические характеристики: естественная 1 (Яр,Экв=О) и искусственная 2 (Яр,жв=Яд). Промежуточ-
ные характеристики 3 и 4 соответствуют различным зна* чениям скважности отпирающих импульсов, периодически подаваемых на тиристор Г/. Частота коммутации этого тиристора обычно принимается в пределах 150—500 Гц [9]. Жесткая характеристика низкой частоты вращения 5 соответствует системе регулирования с обратной связью п» ' частоте вращения.
Известен ряд схем импульсного регулирования с вклю- , чением тиристоров в цепь переменного тока ротора. Простейшая система электропривода этого класса представле-
Рис. 33. Фазоимпульсное управление в цепи переменного тока ротора: а — схема; б — механические характеристики
на на рис. 33,а. Цепь ротора замкнута трехвентильным тиристорным коммутатором, включенным в рассечку нулевой точки. Блок фазового управления БФУ выдает тиристорам импульсы управления, синхронизированные линейным напряжением ротора. На вход усилителя У подается разность двух напряжений: задающего U3 (с потенциометра /?п) и обратной связи Uo,c, снимаемого с тахогенератора ТГ. Регулируя угол открывания тиристоров, изменяют эквивалентное добавочное сопротивление от значения Кд до бесконечно большого значения. Соответственно меняются ток и момент двигателя.
Система электропривода по рис. 33,а имеет жесткие механические характеристики в зоне низких частот вращения (рис. 33,6). Сплошными линиями показаны характеристики, соответствующие /?р*=0,5, пунктирными линиями — характеристики при /?р,=0,25.
Асинхронный вентильный каскад. Для получения низких частот вращения (до «н/30) можно применять асинхронный вентильный каскад (АВК), принцип работы которого рассмотрен в [8]. Для двигателей мощностью несколько десятков киловатт по схеме АВК промышленность
выпускает пускорегулирующее устройство типа ПРБУ и тиристорно-диодный агрегат АТД. Система АВК имеет относительно невысокие массу и стоимость. Поэтому ее применение обосновано для обеспечения автоматической точной остановки механизмов повторно-кратковременного режима со значительным числом включений в час.
Функциональная схема асинхронного вентильного каскада, выполненного с применением тиристорно-диодного агрегата АТД, показана на рис. 34. Регулирование частоты вращения двигателя осуществляется путем введения в цепь выпрямленного напряжения ротора противо-ЭДС инвертора, значение которой плавно регулируется. В замкнутой системе регулирования возможно применение обратной связи как по частоте вращения, так и по ЭДС ротора. Энергия скольжения передается в сеть, и КПД электро-
Рис. 34. Функциональная схема асинхронного вентильного каскада, с широким регулированием скорости на базе тиристорно-диодиого агрегата серии АТД:
Д— двигатель; В — выпрямитель; И — инвертор; Др — сглаживающий дроссель: ТОР — токоограничивающий реактор;' СДФУ—система импульсно-фазового управления, УПН — усилитель полупроводниковый нереверсивный, БК.Т — блок коррекции и токоограничения; БЗ, БЭС, БОИ — блоки защиты и снятия импульсов; БТЗ — блок тепловой защиты; ТГ -- тахогенератор; ЗС—задатчий скорости; Og — задающее напряжение; Uo с — напряжение обратной связи по скорости: БП — блок питания; ТТ1—ТТ5 — трансформаторы тока; Л — автоматический выключатель с дистанционным расцепителем ДРА; К — тиристорный коммутатор Или контакты реверса ,
привода составляет не менее 95%. Размеры преобразовательного агрегата привода мощностью 100 кВт относительно невелики (800X800X2200 мм). Для реверсирования данного привода используют контакторы (на схеме не показаны) или отдельный тиристорный коммутатор. В приводах на базе ПРБУ тиристорный коммутатор входит в состав устройства.
Электропривод с дроссельным регулятором. Для точной остановки электроприводов малой мощности и легкого режима работы можно использовать схему с дроссельным регулятором скорости в цепи статора и индукционным
Рис. 35 Схема асинхронного дроссельного электропривода с индукционным роторным сопротивлением:
Д — двигатель; ДН — трехфазный дроссель насыщения; ИС — индукционное роторное сопротивление; TH, ТТ, ТС— трансформаторы; суу — обмотка регулирования; wT — обмотка положительной обратной связи по току; wH — обмотка отрицательной обратной связи по напряжению
трехфазным роторным сопротивлением (ИС), представленную на рис. 35. Такой электропривод позволяет при низкой частоте вращения выделить до 90% мощности потерь скольжения не в самом двигателе, а в индукционном сопротивлении. По мере снижения частоты вращения дви- гателя сопротивление катушек ИС возрастает пропорционально частоте тока в роторе, так что полное сопротивление машины остается примерно постоянным.
Регулируемый трехфазный дроссель насыщения име'ет рабочие обмотки гуР1—®р6 и три обмотки управления: регулирования wy, внешней положительной обратной связи по току wT и отрицательной обратной связи по напряжению статора wH. Для поддержания заданной частоты вращения с ростом момента нагрузки на валу автоматически увеличивается подмагничивание дросселя, так как возрастает ток в обмотке шт и уменьшается размагничивающее действие обмотки отрицательной обратной связи по напряжению wH. В результате уменьшается индуктивное сопротивление дросселя насыщения и возрастает напряжение на статоре двигателя.
Рис. 36. .Двухдвигательный электропривод с дифференциальным редуктором:
а — кинематическая схема; б — механические характеристики
Электропривод имеет диапазон регулирования частоты вращения до 1:15. Точность поддержания заданной частоты вращения равна 3—5% при изменении статического момента в пределах 0,4—1,5Л1ном. Вместо индукционного роторного сопротивления можно использовать резисторы.
Двухдвигательный электропривод с дифференциальным редуктором. Для получения абсолютно точной остановки механизма у фиксирующего заданное положение механического упора может быть применен двухдвигательный электропривод с дифференциальным редуктором, (рис. 36,а). Электродвигатели Д1 и Д2 через зубчатые передачи h и U Ц^^ приводят во вращение ведущие конические шестерни 1 и 2 механического дифференциала. Шестерни-сателлиты 3 и 4 вращаются вокруг своих осей и, кроме того, вместе с валом 5 совершают вращение в вертикальной плоскости, перпендикулярной рисунку. При этом приводится во вращение выходной вал 6. Оба двигателя работают одновременно. Когда двигатели работают согласно и шестерни / и 2 вращаются в одну и ту же
сторону, частота вращения выходного вала равна nBt = =-j-(rti+n2), где rti и n2— частоты вращения ведущих лпестерен дифференциала 1 и 2. Механизм при этом имеет высокую рабочую скорость. .•
При подходе, к заданному положению двигатель Д2 реверсируется и переходит в генераторный (рекуперативный) режим. Частота вращения выходного вала 6 становится равной пв2=-~ (П1—п2). Если передаточные числа
О и i2 близки друг к другу, можно получить очень низкую скорость механизма. В момент подхода к упору выходной вал 6 останавливается, а оба двигателя продолжают вра’ щаться. На рис. 36,6 приведены механические характеристики двигателей Д1 и Д2 при встречном включении и результирующая характеристика привода при работе с низкой частотой вращения (Д7+Д2). Частоты вращения и моменты двигателей приведены к валам шестерен 1 и 2. В момент остановки у упора рабочими точками характеристик являются Г, Г и 1. При этом ni=n2, благодаря тому что частота вращения двигателя Д1 несколько уменьшается, "а частота вращения двигателя Д2 увеличивается.
Для ограничения момента на выходном валу в цепь статора двигателя Д1 (с меньшим передаточным числом) включаются добавочные резисторы (выбор резисторов см. в [2]). На рис. 36,6 приведены две характеристики двигателя 'Д1 — естественная и искусственная с включенными резисторами. Работа на упор механизма с небольшим собственным моментом инерции получается практически безударной..
Передаточные числа -от валов двигателей к дифференциалу равны
. ч =^—;
пв»тах Т «Bemi«
: «02"
^в^тах —' «B,min
где Moi и тг02 — частоты вращения холостого хода двигав телей Д1 и Д2; пв,тах и nB/min — частоты вращения выход-, ного вала 6 при согласном и встречном включении двига-. телей на холостом ходу._.
Двухдвигательные электроприводы с дифференциальным редуктором нашли применение, в частности, на ряде металлургических механизмов, работающих на упор.
ТОЧНАЯ ОСТАНОВКА ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Когда по условиям технологии требуется плавное регулирование скорости механизма в большом диапазоне и. высокое быстродействие, применяется электропривод постоянного тока Двигатель постоянного тока (обычно независимого возбуждения) получает питание от источника регулируемого напряжения: тиристорного преобразователя или генератора постоянного тока. Подобные системы электропривода обеспечивают регулирование частоты вращения в большом диапазоне (до 1 :1000 и более), и осуществление точной остановки, если она требуется, не представляет труда. Если же механизм приводится двигателем,, который питается от цеховой сети постоянного тока, то для получения устойчивой пониженной частоты вращения (обычно до 15—20% номинальной) используются схемы шунтирования якоря электродвигателя резисторами.
Схема шунтирования якоря двигателя параллельного возбуждения (рис. 37). С помощью резисторов — добавочного /?д и шунтирующего R^ — напряжение на якоре снижается и соответственно падает частота вращения двигателя. Если на естественной характеристике 1 (рис. 37,6) частота вращения холостого хода равна п0, то при шунтировании якоря (характеристика 3) она понижается до Лош- Значение этой частоты вращения можно определить по формуле
и = п —еШ 'Яш + *д'и = п —еШ 'Яш + *д'(17)(17)
и = п —
еШ 'Яш + *д'
и = п —
еШ 'Яш + *д'
(17)
(17)
Например, если принять /?ш=0,25РНОм, а ^Д=0,57?НОМ> то частота вращения холостого хода снижается втрое:
„ __ „ 0| 251?НОМПд_
ош— °0,2Б7?1ЮМ + 0,5/?НОМ— 3 '
При моменте нагрузки Мс получим при шунтировании якоря пониженную частоту вращения (рис. 37,6), которая является значительно более устойчивой, чем при работе на реостатной характеристике 4. Характеристика 2 получается йри включенном Rr и отключенном Rm.
Расчет шунтирующего и добавочного резисторов для получения пониженной частоты вращения легко выполняется графоаналитическим методом. Рассмотрим этот расчет на конкретном примере.
Пример 4. Механизм приводится двигателем постоянного тока с параллельным возбуждением типа Д-41, 16 кВт, 220 В, 86 А, 690 об/мин; сопротивление цепи якоря /?я=0,195 Ом. Рассчитать значения сопротивлении добавочного и шунтирующего резисторов для получения пониженной частоты вращения перед остановкой ип= =0,2пиом при моменте нагрузки на валу Мс=0,8Мном-
Для расчета сопротивлений строятся характеристики — естественная 1 и реостатная 2 (рис. 37,в). Характеристика 2 соответствует полностью введенным пусковым резисторам. Эта характеристика строится при выборе пусковой диаграммы. Примем, что при шунтировании якоря в качестве добавочного сопротивления используются все пусковые ступени. Проведем вертикальную прямую через точку Л4=-Мном (М. = 1).
Сопротивление добавочного резистора находим по формуле
D Дном 'номD Дном 'номхи „220 11„_
D Дном 'ном
D Дном 'ном
-^- — R„ =— 0,195 = 1,28 Ом.
и я 8619
Первую точку искомой механической характеристики шунтирования якоря Б находим, отложив при Л1с=0,8Л1пом значение «п= =0,2 пНОм- Вторая точка В находится как пересечение характеристики 2 с прямой ОБ, параллельной естественной характеристике 1. Через точки Б и S проводится 'искомая характеристика 3 до пересечения с естественной в точке Г. Сопротивление шунтирующего резистора Ка определяется по формуле
^ш ^ш Дном^я,ГДном^я,Г2202,7-862202,7-86= 0,95 Ом,= 0,95 Ом,
^ш
^ш
Дном^я,Г
Дном^я,Г
220
2,7-86
220
2,7-86
= 0,95 Ом,
= 0,95 Ом,
где 1яГ — ток якоря, соответствующий точке Г.
Если ток якоря в точке Г превысит допустимый (для двигателей постоянного тока серий П и 2П кратковременно допустима при полном потоке токовая перегрузка в 2,5 раза, а для двигателей серии Д со стабилизирующей обмоткой — в 3 раза)-, то необходимо увеличить. Кд или Кш.
Для точной остановки двигателя по команде путевого датчика предварительного замедления контактором ПС включается- резистор К™; контакторы ускорения У1, У2, УЗ отключаются, вводя добавочный резистор Кд. Двигатель из точки Л переходит, как показано стрелкой, в точку Д (рис. 37,в) и под влиянием отрицательного электромагнитного момента и статического .момента сопротивления на валу замедляется до пониженной частоты вращения пп (точка 6).
• По команде датчика точной остановки двигатель отключается от сети и останавливается под действием динамического торможения (из точки Б переходит иа характеристику динамического торможения в точку Е и далее замедляется до полной остановки).
Рис. 38. Шунтирование якоря двигателя последовательного возбуждения:
а«— схема; б — механические характеристики
Схема шунтирования якоря двигателя последовательного возбуждения. Для получения пониженной частоты- вращения двигателя последовательного возбуждения следует использовать схему шунтирования резистором только якоря (без последовательной обмотки возбуждения, рис. 38,а). Благодаря тому что даже при отсутствии нагрузки на двигателе обмотка возбуждения обтекается током через шунтирующий резистор Rm, двигатель развивает низкую частоту вращения даже при малых статических моментах.
Механические характеристики привода показаны на рис. 38,6. Характеристика 1 естественная; характеристика- низкой частоты вращения 2 построена для значений сопротивлений добавочного и шунтирующего резисторов ^д=0,57?ном и У?ш=0,257?ном. Чем меньше шунтирующее сопротивление, тем ниже частота вращения двигателя. Обычно используют пониженные частоты вращения до 15—20% номинальной. .
Рассмотрим процесс замедления двигателя для получения точной остановки. По команде путевого датчика предварительного замедления включается контактор ПС — вводится в работу шунтирующий резистор Рш- Одновременно отключаются контакторы ускорения У/, У2, УЗ. Двигатель, работавший на естественной характеристике в точке Л (рабочая частота вращения пР), переходит в режим генераторного торможения и замедляется до пониженной частоты вращения ип (стрелками показан переход из точки А в точку Б и далее в точку В). После кратковременной работы двигателя при пониженной частоте вращения срабатывает датчик точной остановки. Отключается линейный контактор Л и включается контактор Т, дающий независимое питание обмотке возбуждения. Двигатель получает полный поток, переходит в режим динамического торможения по характеристике 3 (из точки В в точку Г) и останавливается. В случае необходимости используется также механический тормоз. -
Добавочный резистор Вв выбирается таким, чтобы через обмотку возбуждения ОВ проходил номинальный ток:
‘'ном
где До.в — сопротивление обмотки возбуждения.
Выбор резисторов по нагреву см. в [7].
КОМАНДОАППАРАТЫ И КОНЕЧНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ. ПОГРЕШНОСТИ СРАБАТЫВАНИЯ АППАРАТОВ
В схемах автоматической точной остановки электроприводов широко используют различные командоаппараты и конечные выключатели. Эти два типа аппаратов отличаются по принципу действия. Регулируемые кулачковые командоаппараты имеют барабаны с переключающими шайбами, воздействующими на контактную систему. Вал командоаппарата соединяется через зубчатые или цепные передачи с приводом механизма. Контакты переключаются при определенных углах поворота барабана в зависимости от пройденного механизмом пути.
Конечные выключатели устанавливаются в определенных точках пути механизма и приводятся в действие переключающими упорами, установленными на механизмах. Переключающий упор чаще всего выполняется в виде
прямолинейной металлической пластины со скошенными краями. Такой упор называют «линейкой».
Для обеспечения безаварийной надежной работы схем управления и получения требуемой точности остановки электропривода необходимо правильно выбрать тип командоаппарата или конечного выключателя с учетом свойственной данному аппарату погрешности (неточности срабатывания), соответствующего конструктивного исполнения (защищенное, пыленепроницаемое, водозащищенное, взрывозащищенное), требуемого для срабатывания усилия, максимально допустимой скорости переключающего упора и т. д.
Рис. 39. Конструкция командоаппарата серии КА4000: а — контакты разомкнуты; б — контакты замкнуты
Командоаппараты. На рис. 39 приведен разрез регулируемого командоаппарата серии КА4000. На валу барабана имеются шайбы 1 с переключающими кулачками 2 и 3. На каждой шайбе может быть установлено до трех включающих и трех отключающих кулачков. Кулачки могут переставляться в различные точки по окружности шайбы. Подвижные контакты 5, замыкающие неподвижные 4 укреплены на рычаге 6, вращающемся вокруг оси 7. Число рычагов с контактами может достигать 24. Под действием пружины 8 контакты удерживаются в разомкнутом состоянии. В определенном положении механизма кулачок 2 воздействует на ролик 9, рычаг 6 поворачивается и контакты 4 замыкаются. Во включенном состоянии контакты удерживаются защелкой 10, вращающейся вокруг оси 12. В поднятом положении защелка удерживается пружиной 13. В момент нажатия кулачка 3 на ролик 11 защелка освобождается и под действием пружины 8 происходит 5—3339 65
мгновенное размыкание контактов'. Кулачки 2 и 3 могут нажимать соответственно на ролики 9 и 11.
Частота вращения барабана не должна превышать 60 об/мин при одном включающем и одном отключающем кулачке на шайбе. При увеличении числа кулачков частота вращения барабана должна быть соответственно уменьшена. Так, при четырех кулачках на шайбе частота вращения не должна превышать 30 об/мин. Необходимо иметь в виду, что включающий и отключающий кулачки должны быть смещены на угол не менее 21°.
Конструкция контактного и переключающего устройства обеспечивает точность замыкания или размыкания контактов командоаппаратов КА4000, равную ±0,5° угла поворота кулачковой шайбы. Для реверсивных механизмов, требующих высокой точности остановки, передаточное число от механизма к барабану командоаппарата вы- .бирается таким образом, чтобы угол поворота барабана за полный ход механизма был равен приблизительно 320—340°. Угол выбирается менее одного оборота, но близким к 360°. Это объясняется тем, что погрешность ±0,5° дает тем меньшую ошибку в пути механизма, чем больше соответствующий угол поворота барабана. Так, например, при ходе механизм'а 3000 мм и угле поворота барабана 300е ошибка ±0,5° составляет ±5 мм пути механизма; если же выбрать угол в 10 раз меньшим, т. е. 30°, то та же ошибка командоаппарата приведет к неточности остановки ±50 мм, т. е. в 10 раз большей.
Для нереверсивных механизмов, совершающих «шаговое» перемещение равными отрезками (цепные транспортеры, кольцевые конвейеры, вращающиеся . столы), угол поворота барабана командоаппарата за один шаг должен быть равен 360°.
Наиболее надежными являются командоапиараты типа КА4658 водозащищенного исполнения. Командоаппа- раты КА4658 имеют пять цепей, что позволяет получать необходимые команды как для предварительного перехода на пониженную частоту вращения, так и на оконча-, тельное затормаживание электропривода.
Промышленностью выпускаются также командоаппа- раты серии КА400. При частоте вращения барабана 30 об/мин погрешность командоаппарата равна ±0,5°.
1 Командоаппаратами и конечными выключателями с мгновенным, или «моментным», размыканием контактов называют такие аппараты, у которых размыкание контактов происходит за короткий промежуток времени, не зависящий от скорости движения механизма.
Однако эти командоаппараты не имеют мгновенного размыкания контактов, что может приводить к обгоранию контактов при низкой скорости механизма и к увеличенной неточности срабатывания.
Для взрывоопасных производств предназначены взрывозащищенные командоаппараты типа КА4800, по конструкции аналогичные КА4000, а также командоаппараты ВП701. Командоаппарат ВП701 содержит три встроенных микропереключателя. Контакты могут работать в цепи 380 В при нагрузке 3 А. Кулачковый вал соединен с приводным валом через червячный редуктор с передаточным отношением 1 :50.
Следует иметь в виду, что высокая точность остановки электропривода с помощью командоаппарата не может быть получена, если используется канатный привод, так как из-за вытягивания канатов меняется соотношение между положением механизма и углом поворота барабана' командоаппарата. Нельзя применять' командоаппараты в тех случаях, когда при работе механизма возможно проскальзывание, например буксовка колес самоходной тележки и т. п. В этих случаях необходимая точность остановки достигается применением конечных выключателей. .
Конечные выключатели. Электропромышленностью выпускается много типов конечных выключателей, различающихся по степени защиты от окружающей среды (открытые, пыле- и брызгозащищенные, водозащищенные и взрывозащищенные), по скорости размыкания контактов, габаритам, точности работы, конструктивному исполнению (выключатели с рычагом и роликом, с нажимным толкателем, штифтом и Др.), значению коммутируемого тока и т. д. На производственных механизмах наиболее широко применяют конечные выключатели следующих типов: крановые конечные выключатели КУ-700А (КУ-701А, КУ-703А, КУ-704А, КУ-70.6А); выключатели ВК-200Г, ВК-300Г; выключатели серий ВПК-1000, ВПК-2000, ВПК-4000, ВП62, взрывозащищенные конечные выключатели ВКМ-ВЗГ, ВПВ, ВУВ и др. Необходимые для выбора конечных выключателей технические данные приведены в приложении 2. '
Для обеспечения точной остановки механизма конечный выключатель, подающий команду на замедление электропривода, должен вносить минимальную погрешность, вызываемую разбросом в срабатывании, контактов аппарата.. Причинами этой. погрешности являются изме- 5* 67
некие температуры, влажности, смазки трущихся поверх костей и т. д.
Так как обычно точная остановка достигается предварительным переводом электродвигателя на пониженную частоту вращения, при выборе конечного выключателя для исключения замедленного разрыва цепи и повышения точности остановки следует отдавать предпочтение выключателям с моментным размыканием контактов.
Рис. 40. Конечный выключатель ВК-300Г:
а— конструкция; б — исполнение 1, ступени 1, 2 и 3; в — исполнение 2, ступени 1 и 3; г — исполнение 3, ступени 1 н 3
Конечные выключатели ВК-200Г и ВК-300Г. Рассмотрим устройство и принцип действия конечных выключателей с моментным размыканием контактов на примере выключателя ВК-300Г (рис. 40,я). В корпусе 7 установлены неподвижные контакты 2. Подвижные контакты 3 укреплены на рычаге 4. Переключение контактов осуществляется поворотом приводного рычага 5, соединенного при помощи набора ленточных пружин 6 с поводком 7. При повороте приводного рычага под действием усилия пру- 68.
жины 8, передаваемого на шарик 12, планка 9, жестко связанная с рычагом 4, мгновенно поворачивается в момент освобождения ее собачкой 10. При этом контакты выключателя переключаются. Время переключения контактов равно. 0,04 с даже при очень низкой скорости переклю- • чающего упора 10 мм/мин. Во всех исполнениях выключателей, кроме второго (рис. 40,6 — г), возврат контактов в исходное положение осуществляется пружиной 11.■
Выключатель ВК-200Г имеет пыле- и брызгозащищенное исполнение, а выключатель ВК-300Г — водозащищен-, ное исполнение. Выключатели имеют один замыкающий и один размыкающий контакты. Корпус выключателя может быть установлен в любом положении. Рычаг с роликом может быть установлен под любым углом. Рабочий угол поворота рычага равен 12±2°, полный ход может составлять 22°. Свободный дополнительный ход служит для защиты от поломок. Скорость движения механизма не должна превышать 30 м/мин. В исходном положении рычаг с роликом устанавливают под углом у =45° к оси корпуса выключателя при скорости механизма до 15 м/мин и под углом у=55° при скорости более 15 м/мин (см. рис. 55,а).
Неточность срабатывания выключателя, характеризуемая наибольшим отклонением пластины от среднего положения в момент переключения, равна ±0,2 мм. Среднее положение пластины в момент срабатывания конечного выключателя определяется в результате большого числа опытов.
Необходимо иметь в виду, что конечные выключатели ' ВК-200Г и ВК-300Г, выполненные с обычным роликом, являются аппаратами одностороннего действия (переключение производится при нажатии на выключатель с одной определенной стороны). Когда выключатель фиксирует не крайние, а промежуточное положение механизма и возможно движение переключающей пластины с разных сторон, нужно устанавливать конечный выключатель со срезанным роликом (исполнение 3; рис. 40,а). При движении пластины в обратном направлении ролик поворачивается вокруг своей оси, а рычаг остается неподвижным: после прохода пластины ролик под действием пружины поворачивается в исходное положение. Можно также использовать выключатель с двумя роликами (исполнение 2).
Для повышения надежности выключателей ВК-200Г и ВК-300Г рекомендуется их контакты, работающие в индуктивных цепях постоянного тока ПО и 220 В, шунти-
ровать искрогасительной КС-цепью. Для цепи. ПО В используют резистор 0,8 Ом, 5 Вт и конденсатор 0,5 мкФ, 1000 В;*в цепи 220 В — резистор 1 Ом, 5 Вт и конденсатор 0,25 мкФ, 1500 В. Выключатели ВК-200Г и ВК-300Г допускают до 1200 срабатываний в час.
В настоящее время подготовлены к производству усовершенствованные конечные выключатели ВП16, которые заменят ВК-200Г и ВК-300Г.
6)6)' Рис. 41. Исполнения конечных выключателей серии КУ-700А: а — КУ-701А:б — КУ-703А; в —КУ-704А; г —КУ-706А' Рис. 41. Исполнения конечных выключателей серии КУ-700А: а — КУ-701А:б — КУ-703А; в —КУ-704А; г —КУ-706А
6)
6)
' Рис. 41. Исполнения конечных выключателей серии КУ-700А: а — КУ-701А:б — КУ-703А; в —
КУ-704А; г —КУ-706А
' Рис. 41. Исполнения конечных выключателей серии КУ-700А: а — КУ-701А:б — КУ-703А; в —
КУ-704А; г —КУ-706А
"Конечные выключатели серии КУ-700А, первоначально разработанные для кранов, имеют мощные контакты, надежно и с высокой точностью отключающие токи катушек контакторов при достаточно низких скоростях механизмов. Они выпускаются в следующих исполнениях: КУ-701 А, КУ-703А, КУ-704А и КУ-706А (рис. 41). Максимальная скорость механизма равна 150 м/мин для КУ-701 А, 100 м/мин для КУ-704А и 300 м/мин для КУ-706А. Для КУ-703А предельная скорость движения не ограничивается.
Выключатели применяют в схемах управления для ограничения линейного передвижения механизмов: КУ- 70IA—при небольших значениях выбега, КУ-704А, КУ- 706А—с любым выбегом, КУ-703А ограничивают ход механизмов подъема. Органом воздействия на привод выключателей служит: для КУ-701 А, КУ-706А—ограничительная
линейка механизма, для КУ-704А— штырь, для КУ-703А — полка, укрепленная на траверсе крюка крана, которая поднимает или опускает груз приводного рычага выключателя.
Основным типом является конечный выключатель КУ-701А. Он может быть установлен в любом положении; рычаг с роликом может устанавливаться под углом 90 и 180° по отношению к нормальному положению. В отличие от ВК-200Г и ВК-300Г рычаг выключателя КУ-701 А имеет три положения, КУ-701А является аппаратом двустороннего действия.
Рис. 42. Конструкции конечного выключателя КУ-701А:
/ — корпус; 2 — крышка; 3 — фиксирующий механизм; 4—блок элементов; 5 — прокладка уплотняющая; 6 — барабан кулачковый; 7 — пружина фиксатора; 8 — храповик; 9 — рейка; 10 — пружина рычага; И — болты контактные: 12 -4- мостик контактный; 13 — пружина мостика; /4 —рычаг; 15 — пластина рычага
На рис. 42, "а показан разрез выключателя (без приводного рычага с роликом). Внутри корпуса закреплены блок кулачковых элементов, кулачковый барабан и фиксирующее устройство. Блок кулачковых элементов (рис. 42,6) состоит из основания, на котором укреплены контактные болты с неподвижными контактами и два рычага с контактными мостиками. Пружины рычагов с помощью пластин удерживают в замкнутом положении
контакты мостика с контактами болтов. При повороте кулачкового барабана выступ кулачковой шайбы нажимает на выступ рычага и контакты размыкаются. Кулачковый барабан имеет вал, на котором жестко закреплен приводной рычаг. В кулачковом барабане есть фигурная пластина (храповик), на которую воздействует фиксирующий механизм, удерживая барабан, а одновременно и привод в том или ином рабочем положении.
Исследования конечных выключателей серии КУ-700А показали высокую точность их работы. При скоростях движения механизма выше 1 м/с заметных погрешностей не наблюдалось.
Конечные выключатели серий ВПК-ЮОО, ВПК-2000 и ВПК-4000 нашли - применение в машиностроении. Они отличаются большим разнообразием конструктивных исполнений. Привод может быть выполнен в виде толкателя, толкателя с роликом, рычага с роликом и т. д. Некоторые типы выключателей изготовляются с селективным приводом, реагирующим на движение переключающей пластины лишь в одном направлении.
Конечный выключатель ВПК-ЮОО содержит встроенный микровыключатель типа МП-110 и может работать в цепях переменного тока до 380 В и постоянного тока до 220 В. Выключатель имеет один замыкающий и один размыкающий контакты. Рабочий ход" в исполнении с толкателем равен 2,4 мм, дополнительный ход 5 мм; в исполнении с рычагом и роликом эти показатели равны соответственно 15±5° и 25°. Корпус выключателя защищен от проникновения пыли и брызг воды.
Конечные выключатели серии ВПК-2000 — прямого действия. Погрешность срабатывания по пути перемещения механизма при скорости 20 мм/мин составляет ±0,3 мм для исполнения привода в виде рычага с роликом и ± 0,1 мм для исполнения с толкателем. Выключатель имеет один замыкающий и один размыкающий контакты. Корпус пылеводонепроницаемый, маслостойкий.
Конечные выключатели серии ВПК-4000 имеют до четырех контактов в любой комбинации, которые могут работать в цепях переменного тока до 660 В и постоянного тока до 440 В. Контактная система — прямого действия с двойным разрывом цепи. Минимальные ток и напряжение, при которых надежно работает контактная система, равны 0,05 А и 12 В. Погрешность срабатывания по пути равна ±0,1 мм. Корпус выполняется в водозащищенном и других исполнениях.
Взрывозащищенные конечные выключатели ВКМ-ВЗГ и ВПВ. Малогабаритные выключатели ВКМ-ВЗГ содержат встроенный микропереключатель с моментным размыканием контактов. Выключатель предназначен для работы в цепях 380 В. 50 Гц и 220 В постоянного тока. Номинальный ток контактов 2,5 А. Приводное устройство выполняется в виде рычага, с роликом или толкателя. Рабочий ход штока 1 — 2 мм, дополнительный ход после срабатывания 4 мм.
• Конечный выключатель ВПВ имеет аналогичные конструкции приводных устройств, содержит два — четыре контакта моментного переключения. Время. срабатывания равно 0,04 с.
Погрешности по пути конечных выключателей ВКМ- РЗГ и ВПВ примерно равны погрешностям выключателей [ ПК-2000 и ВПК-4000. •
Описанные выше командоаппараты и конечные выклю- '■атели получили широкое распространение. Они является простыми и дешевыми аппаратами; точность некоторых из них достаточно высока. Однако эти аппараты имеют ряд существенных недостатков. Для них характерны относительно невысокая предельная скорость механизма, ограниченный срок службы из-за износа механической части и .электрической эрозии контактов," ограниченные быстродействие и допустимая частота включений. Кроме того, эти аппараты являютсй источниками шума и радиопомех, требуют периодической регулировки. Поэтому в схемах управления механизмами все чаще применяют бесконтактные датчики положения механизмов и командоаппараты.
БЕСКОНТАКТНЫЕ ДАТЧИКИ ПОЛОЖЕНИЯ МЕХАНИЗМОВ И КОМАНДОАППАРАТЫ
Наиболее распространены бесконтактные датчики положения следующих типов: индуктивные, генераторные, магнитогерконовые и фотоэлектронные. Указанные датчики не имеют механического контакта с подвижным объектом, положение которого контролируется. Бесконтактные датчики положения обеспечивают высокое быстродействие и большую частоту включений механизма. Определенным недостатком этих датчиков является зависимость, их точности от изменения напряжения питания -и температуры. В зависимости от требований выходным ап-. 6—3339. 73
паратом этих устройств может быть как бесконтактный логический элемент, так и электрическое реле.
В схемах точной остановки электроприводов бесконтактные датчики могут использоваться как для подачи команды на переход к пониженной частоте вращения, так и для окончательной остановки. Точная остановка обеспечивается применением специальных электрических схем, одна из которых будет рассмотрена ниже.
Индуктивные датчики И КВ-22. Работа этих датчиков основана на принципе изменения индуктивного сопротивления катушек со стальным сердечником при изменении воздушного зазора в магнитной цепи. На стальной плите 1 (рис. 43,о) установлен магнитопровод 2 с двумя катушками 3, закрытый пластмассовой крышкой 4. С нижней стороны к плите крепятся два конденсатора 5 типа МБГП (один емкостью 15 мкФ, 200 В, второй — 10 мкФ, 400 В). Конденсаторы закрыты силуминовой крышкой 6. Подключение кабеля производится через сальниковый ввод 7. На механизме устанавливается магнитный шунт 8, -размеры которого должны быть не менее: толщина 2 мм, ширина 80 мм, длина 140 мм. Воздушный зазор между магнитопроводом и шунтом равен 6±4 мм.
Схема включения индуктивного датчика ИД и выходного реле Р приведена на рис. 43,6. Выходное реле нор-
мально включено и отключается в момент прохождений магнитного шунта над датчиком,' когда из-за изменения индуктивного сопротивления катушки наступает резонанс токов и ток через обмотку реле падает. Данные реле Р: тип МКУ-48, 12 В переменного тока, ток втягивания не более 0,45 А, ток отпадания не менее 0,1 А. Напряжение питания цепи датчик — реле 24 В переменного тока.
Рассмотрим, как осуществить схему точной остановки механизма С использованием индуктивных датчиков. Схема расположения датчиков для точной остановки в заданном положении 0 приведена на рис. 44,а. Движение к заданному положению возможно с двух сторон, поэтому устанавливаются два индуктивных датчика предварительного
Рис. 44. Точная остановка с помощью индуктивных датчиков:
а, б, в — расположение датчиков и положения шунтирующей пластины; г Диф- фереициальная схема включения датчиков; д — узел включения контактора ВП
6*- 75
Снижения скорости ДВ1 и ДН1. Слева И справа оТ позиции останов ки 0 располагаются датчики точной остановки ДВ2 и ДН2.
В схеме управления (рис 44,г) используются два реле точной остановки РТВ и РТН, включенные через выпрямительные -мосты в цепи катушек индуктивных датчиков ДВ2 и ДН2. Питание датчиков осуществляется от трансформатора Тр. Датчики шунтируются конденсаторами С1 и С2. Поляризованное реле точной остановки РТО (например, типа РП-5) включается на зажимы а и 6. Реле РТО срабатывает, когда одни датчик ДВ2 или ДН2 перекрыт магнитным шунтом (рис. 44,а),
Рассмотрим в качестве примера случаи движения слева направо (вперед). Когда магнитный шунт проходит над датчиком ДВ2, ток в цепи этого датчика уменьшается, реле РТВ отпадает, а на. зажимах а — б появляется напряжение. Размыкающий контакт РТВ в цепи реле РТО закрывается, реле РТО срабатывает. На рис. 44,д показан узел включенйя контактора пониженной скорости в направлении вперед ВП. Контактор ВП включается в момент срабатывания реле РДВ1 индуктивного датчика ДВ1. При включении реле РТО контакт РТО-В замыкается, замыкающий контакт РТВ с выдержкой времени открывается, и контроль за точной остановкой осуществляет реле РТО. Когда механизм окажется в заданном положении, оба датчика ДВ2 и ДН2 будут перекрыты шунтом (рис. 44,6). Токи в цепях катушек ДВ2 и ДН2 сравняются, разность потенциалов между точками а и б станет равной нулю. Реле РТО отпадет, контактор ВП отключится, и двигатель остановится.
Если механизм по инерции пройдет лишний путь и шуит ие будет перекрывать датчик (рис 44,о), сработает реле РТВ и отпадет реле РТН. На катушке РТО появится напряжение обратной полярности, замкнется другой контакт РТО-Н, механизм на пониженной скорости включится-в направлении назад и после прихода в заданное положение остановится (этот узел схемы на рис. 44 не показан). Ложное включение контактора ВП в положении рис. 44,в исключается блокировочным реле РБВ, размыкающий контакт которого открывается прн подходе шунта слева к датчику ДН2.
В металлургических цехах используют индуктивные датчики типа ИД-5, рассчитанные для работы при температуре окружающей среды до -|-80 °C и влажности до 100%. Допустимо присутствие токопроводящей пыли и окалины. В комплекте с датчиком применяют выходной полупроводниковый усилитель типа УИД-10. Выходная мощность усилителя (25 Вт) достаточна для включения широко распространенных реле РЭВ-800, контакторов КП21 и МК-1, электропневматиче- ских вентилей BB-SS и т. д. Воздушный зазор между датчиком и контролируемым ферромагнитным объектом может достигать 30 мм. Размеры датчика ИД-5 187X170X70 мм, напряжение питания 220 В± ±15%, 50 Гц."
На Металлорежущих станках иахоДяТ Применение Малогабаритные путевые переключатели БСП-2 (с бесконтактным выходов на леги- ческий элемент) и БРП (с выходом иа реле ПЭ-21, 24 В, 16 Ом). Переключатель БСП-2 состоит из дифференциально-трансформаторного датчика и полупроводникового триггера. Магнитная система первой катушки датчика зашунтирована стальной пластиной, а вторая катушка шунтируется при перемещении над ее магнитной системой связанного с механизмом плоского якоря. Катушки включены встречно. Если якорь находится над датчиком, индуктивные сопротивления катушек равны и выходной сигнал дифференциально-трансформаторного датчика равен нулю. При этом на выходе триггера появляется напряжение не менее 2,5 "В, достаточное для срабатывания логического вле- мента. При отсутствии якоря над датчиком на триггер подается напряжение, возвращающее его в исходное состояние. Выходной сигнал переключателя при этом равен нулю. Выход переключателя БСП-2 при работе иа логический' элемент серии «Логика-Т» необходимо шунтировать конденсатором емкостью 15 мкФ, 20 В.
Принцип действия переключателя БРП во многом аналогичен БСП-2. Внутри корпуса смонтированы индуктивный датчик (по схеме дифференциального трансформатора), триггер и усилитель. Вторичные катушки, имеющие разное число витков, включены встречно. По мере перекрытия якорем магнитной системы датчика сигнал уменьшается, а после изменения его фазы переключается триггер и срабатывает внешнее выходное реле (ПЭ-21, 24 В, 16 Ом). Якорь, закрепленный иа механизме, имеет размеры 80X15X3 мм. Зазор между якорем й датчиком 4 мм. Точность выключателей в номинальном режиме составляет ±0,5 мм, дифференциал срабатывания — не более 5 мм. При. колебаниях напряжения питания и температуры погрешность переключателей БСП-2 и БРП может достигать ± (2,54-3,0) мм.
Для автоматизации металлорежущих станков используют также высокоточные индуктивные датчики типа ВКБ-21-18 с П-образным или плоским якорем. Полюсы встроенного трансформатора образуют разомкнутую электромагнитную систему. Рабочий воздушный зазор равен 0,1—0,15 мм. Выходное напряжение с вторичной обмотки трансформатора подается на дифференциальную измерительную схему, а затем иа транзисторный усилитель. Суммарная погрешность датчика' при колебаниях температуры от 5 до 40 °C и напряжения от 85 до 110% номинального значения составляет ±(0,064-0,15) мм, диффе-. реициал срабатывания не превышает 0,4 мм. Максимальная скорость движения механизма равна 10 м/мии. Размеры датчика 62X34X24 мм.. Напряжение питания 12 В. ■
Специальные типы станочных прецизионных индуктивных датчиков с дифференциальной схемой имеют погрешность менее ±0,01 мм. К таким датчикам относится путевой бесконтактный выключатель типа ВПБ 12, состоящий из блока датчиками электронного блока. В блок
датчика входят индуктивный рабочий датчик, индуктивный компенсационный датчик и печатные платы. На механизме устанавливается управляющий ферритовый элемент. Напряжение питания 12 В постоянного тока. Максимальное расстояние воздействия — ие более 0,12 мм.
Основная погрешность по пути выключателя ВПБ12 равна 2,5-10~3 мм, суммарная предельная погрешность при изменении температуры на ±7,5°C и напряжения питания на ±1% составляет 5-Ю"3 мм. Дифференциал срабатывания — ие более 0,6 мм. На выходе датчика могут быть включены, элементы серий «Логика-Т» и «Логика И» "или реле типа РПУ-0. Максимальный ток нагрузки выходного аппарата 0,16 А.
Рис. 45. Генераторные датчики КВД-6М (ПИЩ-6-1) (а) и КВД-25 (б)
Генераторные датчики. Датчики этого типа отличаются компактностью и высокой точностью/ Хорошо зарекомендовали себя генераторные датчики серий КВД-6М и КВД-25 (щелевые), КВП-8 и КВП-16 (плоскостные). Они пригодны для использования при повышенной концентрации влаги и пыли. В корпусе из ударопрочного полистирола размещены элементы транзисторной схемы датчика (генератор и триггер). Герметизация выполнена компаундом холодного отвердения. Интервал рабочих температур — от —30 до +50 °C.
Датчик КВД выдает сигнал дискретной формы, когда через щель проходит металлическая пластина («флажок»), вызывающая срыв генерации и переключение триггера. Ширина щели равна 6 мм у датчика КВД-6М и 25 мм у датчика КВД-25.
Датчики КВП-8 и КВП-16 срабатывают при прохождении мимо них металлической пластины на максимальном расстоянии соответственно & и 16 мм. На рис. 45 по- 78
казаны датчики КВД-6М и КВД-25. Принципиальная электрическая схема генераторного датчика приведена на рис. 46.
Генератор колебаний собран на транзисторе Т1. В цепи базы включен колебательный контур L2—С/. Катушка обратной связи L1 подключена между коллектором и источником питания. При отсутствии металлической! пластины в щели между обмотками L1 и L2 датчика КВД схема генерирует колебания. Выходной транзистор ТЗ усилите-
Рис. 46. Электрическая схема датчика КВД
ля при этом закрыт. При введении металлической пластины в щель датчика уменьшается коэффициент обратной связи, что вызывает срыв генерации. Выходной транзистор ТЗ открывается, и выходное реле или выходной логический элемент, включенный в цепи коллектора ТЗ, срабатывает.
квд
к
5
к —красный S-Иелый с-синай
--Д ^Д8М
5 с
квд
+ 726
R 510 Ом +24 р
-во
А«ном53Л)ОМ
К логическому у элементу
о
-*°
A Rhom^-680 ОМ
Клогическо- ^мц элементу
Рис. 47. Схемы подключения логических элементов и выходных реле к датчику КВД-бМ:
л—при напряжении питания 12 В; б — при напряжении питания 24 В
Схемы подключения логических элементов и выходных реле к датчику КВД-6М показаны на рис. 47. Для защиты от перенапряжений, возникающих при резком уменьшении тока в цепи, катушку реле шунтируют диодом.
Следует отметить значительную зависимость точности датчиков от температуры окружающей среды и от колебаний напряжения питания. Так, например, при изменении температуры на 10 °C погрешность датчика КВД-6М увеличивается на ±0,3 мм, КВД-25— на ±1,0 мм, КВП-16 — на ±2,5 мм. Нормируемые колебания напряжения питающей сети приводят к отклонениям координаты 'срабатывания в пределах от +0,5 до —0,75 мм. При питании датчиков КВД и КВП от выпрямителей допустимый уровень пульсаций напряжения при работе с выходным реле составляет 10%, а при выходе на логический элемент 3%.
Подготовлены к производству генераторные датчики на интегральных микросхемах типов ПИЩ-6-1 (заменяющий КВД-6М) и ПИП-12-1 (плоскостный).
. На станках и автоматических линиях нашли применение генераторные датчики положения серии БВК (БВК- 24М, БВК201-24, БВК231-24 и др.). Они хорошо защищены эпоксидным компаундом от пыли, брызг масла и эмульсии. Вибрация пластины («флажка») на механизме может достигать 5 мм- в направлении, перпендикулярном основанию корпуса переключателя. Ширина щели (рабочего зазора) составляет 6 или 10 мм. Температура окружающей среды может изменяться от —10 до +45 °C.
Выключатель серии БВК состоит из чувствительного и коммутирующего элементов, образующих полупроводниковый генератор. При отсутствии переключающей пластины в -щели между ферритовыми сердечниками чувствительного элемента генератор не возбуждается. При введении пластины в рабочий зазор изменяется коэффициент обратной связи, возникает генерация и появляется выходное напряжение, достаточное для срабатывания выходного реле или логического элемента. Переключающая пластина может быть изготовлена из алюминия. Ширина пластины 15—30 мм, толщина 1—3 мм.
Средняя погрешность при изменении температуры окружающей среды и напряжения не превышает ±1,5 мм. Дифференциал срабатывания равен 1—3 мм. Напряжение питания 24 В постоянного тока. Выходное реле — МКУ-48 или КДР1 с катушкой 24 В, сопротивлением 280 Ом. '
8Q .
Подключение логических элементов серии «Логика-?» к датчику БВК может быть выполнено как с потенциальным разделением (рис. 48,о —на элементе Т-201), так и без потенциального разделения с общим источником питания (рис. 48,6 и в). Для уменьшения воздействия помех в схеме рис. 48,6 установлен стабилитрон Д на напряжение не менее 12 В, а в схеме рис. 48,в применено смещение нуля выходного сигнала. При этом датчик БВК питается напряжением -|-6 и —12 В вместо обычных 0 и
Рис. 48. Схемы подключении логических элементов и реле к генераторному датчику БВК
—24 В. Для уменьшения «дребезга» сигнала датчика рекомендуется устанавливать возле него конденсатор, шунтирующий цепь питания. ■ •
Схема включения датчика БВК с выходным реле Р показана на рис. 48,г.
По аналогичной схеме выполнен бесконтактный дат-, чик положения типа БДП-2, имеющий цилиндрическую форму (габаритные размеры 65X65X75 мм). Датчик срабатывает при движении вдоль торца цилиндра на расстоянии 25 мм металлической-пластины размерами 50Х50Х ХЗ мм. Напряжение питания 24 В. Выходным аппаратом может служить электромагнитное реле с катушкой 24- В, сопротивлением не менее 160 Ом или логический элемент.
Магнитогерконовые датчики. Перспективными для применения в схемах автоматического позиционирования механизмов являются магнитогерконовые датчики. Для тяжелых условий окружающей среды созданы унифицированные магнитогерконовые датчики серии ДПУ (ДПУ1-40, ДПУ2-40, ДПУ1-100, ДПУ2-100). Датчики ДПУ1-40 и ДПУ1-100 имеют одноблочную конструкцию: в общем корпусе размещены магнитоуправляемый контакт (геркон) и постоянный магнит. Контакт датчика нормально разомкнут. При сближении датчика и управляющей ферромаг-
ййтпой пластины, установленной на механизме, магййТ- ный поток встроенного постоянного магнита шунтируется и контакт замыкается. Посторонние ферромагнитные мас^ сы могут быть установлены вблизи датчика на расстоянии не менее 50 мм.
Рис. 49. Схемы включения реле постоянного тока (а) и переменного тока (б) с магнитогерконовым датчиком ДПУРис. 49. Схемы включения реле постоянного тока (а) и переменного тока (б) с магнитогерконовым датчиком ДПУДатчики ДПУ2-40 и ДПУ2-100 состоят из двух частей: блока ДКП с магнитоуправляемым контактом и блока, содержащего постоянный магнит. Применяются два варианта установки этих блоков. В первом варианте блок ДКП установлен на неподвижной части, а блок с магнитом — на подвижной части контролируемого объекта. При подходе магнита контакт датчика замыкается. Во втором варианте оба блока монтируют вдоль пути механизма с зазором между ними. На механизме закрепляют управляющую ферромагнитную пластину размерами 150X 60X1 Х2,5 мм. При введении пластины в рабочий зазор напряженность магнитного поля в блоке с контактом снижается и контакт размыкается. Скорость движения механизма может достигать 10 м/с.
Рис. 49. Схемы включения реле постоянного тока (а) и переменного тока (б) с магнитогерконовым датчиком ДПУ
Рис. 49. Схемы включения реле постоянного тока (а) и переменного тока (б) с магнитогерконовым датчиком ДПУ
С этой же цельюС этой же цельюРекомендуемые схемы подключения промежуточных реле к магнитоуправляемому контакту показаны на рис. 49. Для увеличения срока службы датчика катушку реле постоянного тока Р шунтируют диодом Д, который позволяет уменьшить электрическую дугу при размыкании цепи геркона Г. параллельно обмотке реле пере
С этой же целью
С этой же целью
менного тока включают искрогасительную ДС-цепь. Сопротивление резистора 50—100 Ом, емкость конденсатора 0,5—1,0 мкФ. Максимальный рабочий зазор между датчиком и шунтом равен 40 мм для датчиков ДПУ1-40 и ДПУ2-40 и 100 мм для датчиков ДПУ1-100 и ДПУ2-100. Погрешность датчиков серии ДПУ равна ±1 мм; дифференциал срабатывания равен 20—30 мм у ДПУ2-40 и ДПУ2-100, 50 мм у ДПУ 1-40 и 100 мм у ДПУ 1-100. Количество срабатываний в зависимости от мощности коммутируемой цепи составляет 106—Ю7 циклов. Контакт датчика может работать в цепях напряжением до 220 В. Максимальная коммутируемая нагрузка в цепи ПО В равна 0,25 А, в цепи 220 В — 0,03 А, в цепи 30 В — 1 А.
Допустимые пределы изменения температуры окружающей среды составляют —50 °C и +45 °C; относительная влажность среды при +25 °C может достигать 98%. Испытания показали, что датчики серии ДПУ надежно ра- ботают'при наличии ферромагнитной пыли, вблизи значительных ферромагнитных масс, при вибрации, колебаниях зазора между датчиком и контролируемым объектом. Аппараты легко монтируются и демонтируются, просты в эксплуатации.
Для автоматизации лифтов, подъемников и аналогичных механизмов применяют магнитогерконовые путевые датчики типа ДПЭ-101ПВ (рис. 50,а) пылеводозащищенного исполнения, которые могут работать при температуре окружающей среды от —50 до +50 сС и влажности до
Рис. 50. Магнитогерконовый датчик ДПЭ-101ПВ и схема его включения с выходным реле:
Г/, Г2— герконы; Р — выходное реле; R1—добавочный резистор; С, ^ — конденсатор и резистор искрогасительной цепи$
98%. Число включений в час — до 6000. Коммутационный элемент датчика содержит два магнитоуправляемых герметизированных контакта. Они отделены воздушным зазором от возбуждающего постоянного магнита. При введении в зазор ферромагнитного шунта контакты размыкаются. К выходной цепи подключается реле или логический элемент. Точность срабатывания датчика ДПЭ-101ПВ— не ниже ±3,0 мм при отклонении управляющего шунта от оси симметрии рабочего зазора (щели) на ±5 мм. Ширина щели 30 мм. Ширина шунта — нс менее 70 мм, толщина 2—5 мм.
Максимальная длина шунта может быть определена по формуле, м,.
£ш=0Д+ц(0,0Ж),
где и — скорость движения механизма, м/с; t — время срабатывания выходных устройств, с.
Датчик должен устанавливаться не ближе 30 мм от ферромагнитных масс и соседних датчиков.
Схема включения датчика ДПЭ-101ПВ с выходным реле показана на рис. 50,6. Напряжение питания 110 В по-
83
стоянного или переменного тока. Допустимая нагрузка соответственно равна 0,055 и 0,12 А. Искрогасительная 7?С-цепь служит для увеличения срока службы контактов. В момент размыкания контактов датчика конденсатор С. заряжается, обеспечивая почти бездуговую коммутацию.
Для автоматизации станков разработаны малогабаритные магнитогерконовые датчики серии ВСГ (см. приложение 3):
Фотоэлектронные датчики и командоаппараты. В схемах управления движением механизмов и изделий широко используют фотореле. Наиболее совершенными являются унифицированные фотореле типов ФРСУ-1, ФРСУ-2, ФРСУ-3, ФРСУ-4 и ФРСУ-11, Головки фотореле имеют
Рнс. 51. Схема фотореле РФ8200
водяное охлаждение и могут, работать при температуре окружающей среды до +70 °C. Все фотореле могут работа ib с осветителем за исключением ФРСУ-11, которое реагирует на излучение металла, нагретого до температуры выше 300 °C. Фотоголовка может иметь углы зрения до 1°Х1° или 36'ХЗ°26'. В нее встроен не только фоторезистор или фотодиод, но и предварительный транзисторный усилитель. Фотореле серии ФРСУ имеют три выхода: бесконтактный с релейной характеристикой; бесконтактный для подключения реле РЭ-500, РЭВ-800 и т. п. или контакторов КП-21 и МК-1; контактный (от встроенного реле РПУ-1).
. Серийно выпускаемые фотореле не могут обеспечить высокую точность фиксации положения механизма, однако они применяются в схемах точной остановки, когда установка датчиков других типов невозможна.
Рассмотрим схему малогабаритного фотореле РФ8200 (рис. 51), предназначенного для общепромышленного применения. Фотореле состоит из трех узлов: блока питания, осветителя и светоприемника. В блоке питания рас-
положены трансформатор, выпрямитель с • фильтром, усилитель мощности на транзисторе Т4 и выходное реле Р типа РПУ-0. Лампа осветителя Л подключается к отдельной обмотке трансформатора напряжением 6,3 В. В светоприемнике смонтированы объектив, фотодиод ФД и промежуточный усилитель на транзисторах Т5, Tl, Т2 и ТЗ. При освещении фотодиода его сопротивление уменьшается, на базе транзистора Т5 появляется положительный потенциал и транзисторы Т5 и Т1 закрываются. При этом открываются транзисторы Т2, ТЗ и Т4 и срабатывает выходное реле Р.
Рис. 52. Фотоэлектронный командоаппарат ВПФ11-01:
/ — диск; 2 — вал; 3 —светодиод; 4 —коммутационный элемент; 5— фотодиод
Промышленностью освоено производство бесконтактных фотоэлектронных командоаппаратов типа ВПФ11-01; предназначенных для замены контактных кулачковых командоаппаратов серий КА4000 и КА400. Общий вид и х:хема чувствительного элемента командоаппарата показаны на рис. 52,о и б. Кулачковый вал командоаппарата соединяется с валом привода механизма. Вдоль оси аппарата расположены коммутационные элементы, в которых установлены оптоэлектронные пары (светодиод АЛ-107А и фотодиод ФД-25К, усилитель и формирователь импульсов. На валу закреплен ряд металлических дисков с прорезями; поворачивая диски, можно менять длину прозрачного участка. При засвечивании фотодиода появляется выходной сигнал «1» и загорается сигнальный светодиод. Напряжение сигнала «1» 24±4,8 В, сигнала «О» 0-3 В. Осуществляется плавное регулирование длительности выходного сигнала в пределах 0—358°.
Число коммутируемых цепей 6, 12, 18 или 24; ток нагрузки—до 100 мА. На выходе могут быть включены ^
бесконтактный логический элемент или реле с катушкой 24 В постоянного тока, сопротивлением не менее 200 Ом (рис. 52,е). При подключении катушки реле к зажимам И и «ц,» реле втягивается, когда фотодиод освещен. Если реле подключить к зажимам Ф и «+» (показано пунктиром на рис. 52,в), то при освещенном фотодиоде реле отключено и срабатывает в момент перекрытия кулачковым диском излучения светодиода. Для коммутации более мощных нагрузок (3—5 А) можно использовать тиристорный переключатель типа ПТМ. -
Максимальная частота вращения входного вала ВПФ11-01 равна 1000—1500 об/мин, что значительно выше, чем у контактных командоаппаратов КА4000, КА400. Передаточное число встроенного редуктора можно менять от 2 до 64.
Погрешность нового бесконтактного командоапп^рата равна ±0,5°, дифференциал срабатывания (в исполнении с редуктором) равен 2°. Он может работать при температуре окружающей среды от —40 до +60 °C.
В современных цифровых системах управления применяют дискретные датчики перемещения. Известны дискретные датчики перемещения различных типов. Наиболее целесообразно применение фотоэлектронных импульсных датчиков перемещения типов ПДФ-1, ПДФ-2, ПДФ-3. Эти датчики преобразуют значение угла поворота вала в число импульсов. Выходной сигнал представляет собой две -серии импульсов; число импульсов на один оборот вала датчика ПДФ-1 равно 150, датчика ПДФ-2 — 300—6000,- датчика ПДФ-3—600. Импульсы второй серии сдвинуты на 90° относительно первой для автоматического определения направления движения механизма.
Принцип работы датчика основан на модуляции светового потока, направленного от источника излучения (светодиода) через диск с прорезямй на фотоприемник (фотодиод). В момент прохождения светового потока через прозрачный участок диска с выхода датчика снимается сигнал «1». . .
Для контроля положения механизмов используют также цифровые позиционно-кодовые преобразователи (так Называемые преобразователи «вал—цифра» или «вал— код»). Разработаны кодовые датчики типов ПКФ12-1 и ПКФ12-1Н. Тип выходного кода — циклический двоичный, число разрядов 12. Датчик ПКФ12-1Н имеет устройство для дистанционной установки нуля с встроенным в датчик двигателем.
ВЫБОР MEdT УСТАНОВКИ ДАТЧИКОВ, ФОРМЫ И ДЛИНЫ ПЕРЕКЛЮЧАЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ
Расчет мест установки датчиков. На рис. 53, а показан характерный пример установки двух датчиков положения — конечных выключателей для получения точной остановки поступательно перемещающегося механизма 1: выключателя предварительного замедления КВП и выключателя точной остановки КВТ. В момент переключения пластиной 2 конечного выключателя КВП начинается снижение частоты вращение двигателя от рабочей /гр до пониженной пп (рис. 53,6).
Рис. 53. К расчету мест, установки датчиков положения
На рис. 53,а и -6 отмечен отрезок s'. Этот путь механизм проходит за время снижения частоты вращения до ип. К конечному выключателю точной остановки КВТ механизм должен подойти с установившейся пониженной скоростью. Так как путь s' не является постоянным, необходимо иметь некоторый участок пути, на котором механизм работает на пониженной скорости. Этот отрезок обозначен s". И, наконец, от момента воздействия на конечный выключатель КВТ? до точной остановки в положении 0 механизм проходит путь s'".
Время работы двигателя на участке замедления и на установившейся пониженной частоте вращения и соответственно значения путей s' и s" должны быть по возможности небольшими, чтобы не снижать производительность механизма. Для уменьшения пути на участке предварительного замедления s' обычно используется электрическое торможение.
Иногда бывает сложно автоматически осуществить график торможения по рис. 53,6 с непосредственным переходом от рабочей к пониженной частоте вращения. В этих случаях используют график торможения, показанный на рис. 53,в. Производится полное затормаживание электропривода от рабочей частоты вращения пр до нуля с последующим включением двигателя на пониженную частоту вращения пп. - ■
Для правильного выбора мест установки датчиков положения необходимо предварительно выполнить несложные вычисления пути торможения и неточности остановки (см. пример 5).
Датчик точной остановки, например конечный включатель КВТ, должен быть установлен перед заданным положением 0 на расстоянии, равном расчетному среднему пути торможения s'". На рис. 53,г показана установка КВТ для случая, когда s'" = 100 мм, а максимальная неточность остановки равна ±25 мм. На рисунке отмечена зона т—п, в которой практически окажется точка остановки механизма.
Для повышения производительности механизма расстояние между КВП и КВТ нужно выбирать минимально возможным. Однако это расстояние должно быть достаточным для надежного замедления механизма до выбранной пониженной скорости. Дело в том, что снижение частоты вращения двигателя от пр до пп может идти не по расчетному графику (прямая /), а быстрее или медленнее (рис. 53,6, пунктирные прямые 2 и 3). Из-за неточности пути торможения необходимо выбирать расстояние между конечными выключателями КВТ и КВП равным не менее s'4-As'. Здесь As' — ошибка в пути торможения s'. Обычно в расчетах принимают As'=0,5 s' и расстояние между КВТ и КВП берут равным 1,5—2s'. Так, например, если путь торможения s' равен 300 мм, то расстояние между КВТ и КВП следует установить не менее 450 мм. Это обеспечивает надежный выход механизма на пониженную скорость и, следовательно, относительно постоянное значение начальной скорости заключительного этапа торможения. Пример расчета мест установки датчиков приведен ниже.
Выбор формы и длины "переключающих элементов. Переключающие элементы, воздействующие на приводные рычаги и толкатели конечных выключателей, следует
выполнять в Виде пластин со скошенными конца мй- (рис. 54,а). Такую пластину иногда называют «линейкой». Чем меньше углы скоса а и р, тем более плавно работает конечный выключатель, тем меньше он изнашивается.
Рис. 54. Выбор формы переключающего элемента:
а — «линейка*; б — пример неправильной не — правильной формы переключающего упора
Пример неправильной формы упора, выполненного в виде кольца, не имеющего скоса, приведен на рис. 54,6. Такой упор, часто используемый, например, на пневматических механизмах, не обеспечивает плавного нажатия на рычаг конечного выключателя, а при обратном ходе не дает безударного возврата рычага в исходное положе
ние. 55. Расположение переключающих пластин и упоров по отношению к конечным выключателям:
а — ВК-200Г, ВК-300Г; 6 — КУ-701А; в — КУ-704А; г — КУ-766А; А — линейка; Б — упор
7—333989
ййе. Срок службы выключателя fi этой случае ре§К0 Сокращается.
. На рис. 55 поясняется, как должны располагаться переключающие элементы по отношению к конечным выключателям ВК-200Г, ВК-300Г, КУ-701А, КУ-704А » КУ-706А.
Для расчета длины переключающей пластины необходимо знать значения среднего пути торможения $т,ср и максимальной неточности остановки AsT,mox. Когда ход механизма ограничивается конечным выключателем, пластина обычно должна иметь запас по длине, чтобы исключить возможность освобождения рычага конечного выключателя, так как это может повлечь за собой аварию при ошибочном повторном включении электропривода и поломку конечного выключателя одностороннего действия при обратном ходе механизма. Минимальная необходимая длина переключающей пластины равна сумме среднего пути торможения и максимальной неточности остановки.
В приближенных расчетах обычно принимают длину .пластины равной L^ l,5sT>cp.
При торможении в одну ступень без предварительно] го замедления длина пластины может получиться значив тельной (1 м и более). В этих случаях можно взамен ко] нечных выключателей с самовозвратом рычага в исхода ное положение КУ-701 А, ВК-300Г (исполнение 1) и др использовать конечные выключатели типа КУ-704А ил! ВК-300Г (исполнение 2) с двумя роликами, без пружинь самовозврата. Такие выключатели переключаются с по мощью короткого упора; после прекращения воздействш упора состояние контактов выключателя не изменяется В исходное положение контакты возвращаются при об; ратном ходе механизма.
Пример 5. Определить места установки конечных выключателей и длину пластины (линейки) для тележки, рассмотренной в примере 1 (рис. 4), при замене командоаппарата 8 конечными выключателями ВК-300Г..
Рабочая частота вращения двигателя пр=940 об/мии (ор= =0,6 м/с).
Пониженная частота вращения пп=190 об/мин (&п=0,12 м/с).
Время срабатывания аппаратуры /а = 0,2 с.
Для торможения используется механический тормоз.
Путь, проходимый тележкой за время срабатывания аппарат^ ры, sal = op/a=0,6-0,2=0,12 м=120 мм.
Время замедления от лр до пп
, _ /ср(Пр-Пп) _ 0,623(940-190) _n 7R р
” 9,55Л4дин.ср 9,55-62,8
Путь тележки за время замедления от лр до пи
$Т1 = Уе+^ /п = _2£i21!£_ 0,78 = 0,28 м = 280. мм.
Суммарный путь торможения до пп
s*ч=sn-|-sai =280+120—400 мм.
Путь, проходимый тележкой после срабатывания выключателя КВТ за время работы аппаратуры,
Sa2=fn<a=0,12:0,2=0,024 м=24 мм.
Время и путь торможения с пониженной частоты вращения до полной остановки
( _ Zcprtn 0,623-190_0 2 с.
” 9,55Л4ДИН1СР 9,55-62.8’’
Суммарный путь торможения с пп до полной остановки swt=^12+^32= 12+24=36 мм.
Конечный .выключатель КВТ установим на расстоянии s"T = 36 мм от положения остановки (рис. 56). Конечный выключатель КВП должен быть установлен перед КВТ на расстоянии не менее l,5s'T= = 600 мм. Примем это расстояние равным 700 мм. Длина переключающей пластины (рис. 56) должна быть не менее 750—770 мм, чтобы в момент остановки тележкн оба конечных выключателя оставались нажатыми.
Минимальные размеры переключающих пластин для бесконтактных датчиков положения механизмов приведены в приложении 3. Их длина определяется так же, как длина переключающих пластин конечных выключателей., 7е - 91
ПРИМЕРЫ СХЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ ТОРМОЖЕНИЯ И ТОЧНОЙ ОСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
Управление торможением. Схема конденсаторно-динамического торможения электропривода шпинделя алмазно-расточного станка модели ОС-1279А показана на рис 57. Мощность электропривода 2,2 кВт. Для безрисочного вывода резца из обрабатываемой детали привод шпинделя должен обеспечивать остановку резца в определенном положении. Поскольку приведенный к валу двигателя момент инерции шпинделя примерно в 15 раз превышает момент инерции ротора, любой вид одноступенчатого торможения не обеспечивает необходимой точности остановки резца. Применение КДТ позволяет решить эту задачу.
Для контроля как частоты вращения шпинделя, так и положения резца применен датчик ЦП типа БВК-24, в щель которого периодически входит сектор К, закрепленный на валу шпинделя. Датчик питается стабилизированным напряжением. К выходу датчика подключено реле РП, обмотка которого зашунтирована конденсатором С2. Когда сектор входит в щель ДП, включается реле РП и заря-
жается конденсатор С2. После срабатывания ДП реле РП удерживается током разряда этого конденсатора. При большой частоте вращения привода и, следовательно, высокой частоте импульсов от ДП реле РП остается включенным. При снижении частоты вращения, когда пауза между импульсами становится больше времени спадания тока до значения, меньшего тока удержания, реле РП отпадает и подает команду на начало торможения. ' ■
Порядок работы схемы следующий. При нажатии кнопки КнП контактор Л подключает двигатель шпинделя к сети и включает реле РП, которое самоблокируется и подготовляет цепь контактора
Рис. 58. Схемы управления конденсаторно-магнитным торможениемРис. 58. Схемы управления конденсаторно-магнитным торможением
Рис. 58. Схемы управления конденсаторно-магнитным торможением
Рис. 58. Схемы управления конденсаторно-магнитным торможением
торможения Т. При нажатии кнопки КнС контактор Л-отключает двигатель от сети и своим размыкающим вспомогательным контактом подключает конденсатор С1 для осуществления первой ступени торможения. После снижения частоты вращения до заданного значения при очередном выходе сектора К из щели датчика ДП отпадает реле. РП, срабатывает контактор Т, осуществляющий режим динамического торможения. Реле времени РТ отключает контактор Т после остановки двигателя при определенном положении резца.
Для уменьшения размеров конденсаторной батареи применено однофазное подключение конденсатора С1. Возникающие при этом пульсации тормозного момента двойной частоты не отражаются на работе механизма, так как вызываемые ими динамические силы поглощаются клиноременной передачей [4].
На рис. 58 показаны применяемые для малоинерционных электроприводов простые и эффективные схемы конденсаторно-магнитного торможения (КМТ). Основные узлы схемы интенсивного КМТ привода
резьбошлифовального стайка даны на рис. 58,а. После нажатия кнопки КнС двигатель переводится в режим динамического торможения, вслед за которым после срабатывания промежуточного реле РП и ■Контактора Т обмотка статора замыкается накоротко. Включение контактов контактора Т по схеме звезды дает возможность снизить токовую нагрузку. ■
Для плавного торможения с последующей точной остановкой управление контакторами Л и Т производят с помощью путевых датчиков В1 и В2 (рис. 58,6).
Рис. 59. Схема управления замедлением и остановкой электропривода с двумя -пониженными частотами вращенииРис. 59. Схема управления замедлением и остановкой электропривода с двумя -пониженными частотами вращении
Рис. 59. Схема управления замедлением и остановкой электропривода с двумя -пониженными частотами вращении
Рис. 59. Схема управления замедлением и остановкой электропривода с двумя -пониженными частотами вращении
. Управление замедлением с- переходом на пониженные частоты вращения. Одна из эффективных схем комбинированного торможения с последовательным переходом на две устойчивые пониженные частоты вращения показана на рис. 59. Команду на начало цикла дает реле РК. На первом этапе позиционирования по команде датчика В1 отключается контактор В и включается К1, благодаря чему к параллельно соединенным обмоткам статора двигателя Д подводится однофазное напряжение.. При этом вращающий момент создается третьей пространственной гармоникой поля; он достигает значения 0,5Л4НОМ. Двигатель замедляется до частоты вращения ивом/3 в режиме рекуперативного торможения. Затем подается вторая команда (реле РВ'), отключается контактор К1 и включается К2. В обмотки статора подается постоянный ток, скорость снижается благодаря динамическому торможению; затем по команде реле РД1 срабатывает КЗ, в статор дополнительно подается переменный ток (через трансформатор ТрЛ и двигатель в режиме двухтокового торможения переходит иа «ползучую» частоту вращения, 94
На третьем этапе Йо кбмайДе Датчика Точкой остановки 62 кбй- тактор КЗ отключается и двигатель останавливается при динамическом торможении, в конце которого реле РД2 отключает контактор К2. Катушка контактора реверса Н на схеме условно ие показана.
Автоматическая точная остановка при циклическом 'движении механизма. Наиболее употребительные узлы схем автоматического управления возвратно-поступательным и шаговым движением механизма, применяемые в сочетании с рассмотренными схемами замедления и точной остановки электроприводов, даны на рис. 60.
В схеме рис. 60,а с. контролем положений механизма комаидоап- паратом после кратковременного замыкания контакта командного реле РК включается контактор В и, механизм начинает движение. Перед подходом к заданной позиции контактом ВП/4 командоаппарата дается команда на снижение скорости. Диаграмма замыкания контактов командоаппарата приведена на рис. 60,в. В конце хода контактор В отключается контактом ВП/1 командоаппарата и электропривод останавливается. После отсчета времени паузы (реле РВ^ срабатывает контактор Н и механизм возвращается в исходное положение, ограничиваемое контактом ВП[2 командоаппарата.
Схема с подачей команды на начало цикла оператором и реверсом без выдержки времени показана на рис.- 60,6. Цикл движения вперед — назад совершается после перевода рукоятки командокоит- роллера К из нулевого положения в положение В-Н. Реверс вклю- ' чается контактом ВП/3 командоаппарата. Перед началом очередного цикла рукоятку К необходимо возвратить в нулевое положение, фик-
tilpyeMoe реле Р. Как и в предыдущей схеме, При необходимости перехода на пониженную скорость перед точной остановкой или при комбинированном торможении (КДТ, КМТ и др.) используют контакт ВП/4 командоаппарата.
Для автоматического управления нереверсивным шаговым движением применяют схемы рис. 61. В схеме рис. 61,а по команде реле РК втягивается и самоблокируется промежуточное реле Р. Срабатывает линейный контактор Л. Механизм начинает движение. В середине хода размыкается контакт ВП/2 командоаппарата и реле Р отключается, подготовляя отключение контактора Л контактом ВП/1. Ес
ли применяется комбинированное торможение или переход на пониженную скорость,' используют контакт ВП/3 командоаппарата. В конце шага механизма размыкается контакт ВП/1 и электропривод отключается, останавливаясь с заданной точностью. После очередного срабатывания реле РК механизм совершает новый цикл перемещения. Барабан командоаппарата должен поворачиваться за один шаг механизма на 360 или 180°.
Вариант схемы с использованием одного контакта командоаппарата (или конечного выключателя) и реле времени для управления шаговым движением приведен на рис. 61,6.
Прецизионные системы автоматического позиционирования. Высо-' коточные позиционные электроприводы все чаще используют в различных отраслях промышленности. Основу их структуры составляют замкнутые по- пути системы регулирования положения. Находят применение электроприводы как постоянного, так и переменного тока.
Характерным примером прецизионных систем постоянного тока может служить автоматизированный электропривод нажимных винтов современного листового прокатного стана, который осуществляет установку валков с точностью ±0,01 мм при', длине хода 24 Мм, (г. е. ±0,04%. Такую точность могут обеспечить только цифровые и цифро-аналоговые системы автоматического управлении. Последние являются более простыми, чем полностью цифровые.
В цифро-аналоговой системе управления позиционным электроприводом (рис. 62) задание" положения, измерение фактической координаты механизма и выделение сигнала ошибки (рассогласования) производят в цифровой форме. Заданное положение механизма $3 устройством ввода УВЗ подается в параллельном двоичном коде на первый вход сумматора арифметического устройства АУ. На второй вход поступает число s, соответствующее действительному положению механизма. Для измерения служит многоразрядный датчик положения ДД, связанный с валом привода механизма. Этот датчик вырабатывает число бд" в параллельном потенциальном коде, которое преобразователем кода ПК преобразуется в число s, отображающее координату механизма в двоичном коде.
Код рассогласования ^д$, вычисленный сумматором АУ, поступает на цифро-аналоговый преобразователь код—напряжение ПКИ. Сигнал напряжения рассогласования Дз,д8 подается на вход регулятора положения РП трехконтурной аналоговой части системы позиционного электропривода. Регулятор ^положения осуществляет линейное или нелинейное преобразование сигнала рассогласования. Линейная зависимость выходного сигнала иВых РП от входного сигнала Ubx обеспечивает минимальное время отработки лишь наибольшего заданного перемещения механизма. Если необходимо выполнить за минимально возможное время любое перемещение, используют РП с параболической характеристикой. Для получения параболической зависимости ивых от Ubx в обратной связи регулятора положения включают функциональный преобразователь, выходное напряжение которого пропорционально квадрату входного сигнала. Выходной сигнал регулятора положения РП через задатчик интенсивности ЗИ подается на регулятор скорости PC. Сигнал обратной связи поступает от тахогенератора ТГ. Внутренний контур тока содержит регулятор РТ, .связанный с датчиком тока якоря ДТ. Регулятор тока воздействует непосредственно на систему импульсно-фазового управления тиристорного преобразователя ТП, питающего приводной двигатель Д.
Рис. 62. Цифро-аналоговая система управления позиционным электроприводом
ПРИЛОЖЕНИЯПРИЛОЖЕНИЯПриложение 1. Некоторые понятия и формулы.
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЯ
Механической характеристикой называется кривая зависимости частоты вращения двигателя п от момента на его валу М (рис. ПЛ).
Под естественной механической характеристикой двигателя (рис. П.1, кривая /) понимается характеристика двигателя при номинальном напряжении и частоте тока без добавочных резисторов в цепях статора н ротора (якоря) и при полном возбуждении (для двигателей постоянного тока). Характеристики двигателя, получаемые при изменении электрических параметров, называются искусственными (характеристика 2 при включении добавочных резисторов в- цепь ротора).
Рис. ПЛ. Механические характеристики асинхронного двигателя в двигательном и тормозных режимах:
/ — естественная; 2 — реостатная; 3 — характеристика динамического торможения; 4 — характеристика торможения противовключением; 5 — естественная характеристика в зоне рекуперативного торможения; 6 — характеристика конденсаторного торможения
Механическая характеристика двигателя проходит в I, II и IV
квадрантах, а при изменении полярности включения или чередования фаз — в ///, IV и // квадрантах.
Механические характеристики могут быть жесткими или мягкими. Характеристика является жесткой (/), если с ростом момента .частота вращения меняется мало. Если же при небольших изменениях момента частота вращения сильно изменяется, то характеристика называется мягкой (2).
Статическим моментом Мс называется момент нагрузки иа валу двигателя. ' . .
Динамическим моментом Мднн называется результирующий момент на валу двигателя, т. е. алгебраическую сумму моментов двигателя, нагрузки и тормоза.
Для приведения момента нагрузки к валу двигателя необходимо разделить момент на передаточное 'число между валом двигателя и валом приложения момента.
Система единиц. В расчетах используется международная система единиц СИ. Масса тела измеряется в килограммах и численно равна весу тела (кгс) в ранее применявшейся технической системе единиц •МКГСС. Единицей силы в системе СИ является 1 Н (ньютон), равный 1/9,81 кгс в системе МКГСС. Соответственно единицей момента вращения является 1 Н-м= 1/9,81 кгс-м.
9§
Номинальный момент двигателя, Н-м, 9550РНОМ Л'ном —_Номинальный момент двигателя, Н-м, 9550РНОМ Л'ном —_(П.1)(П.1)пном
Номинальный момент двигателя, Н-м, 9550РНОМ Л'ном —_
Номинальный момент двигателя, Н-м, 9550РНОМ Л'ном —_
(П.1)
(П.1)
Где Phom — номинальная мощность, кВт; ином — номинальная частота вращения, об/мин.
Моменты инерции. Момент инерции / вращающихся частей привода равен, кг-м2,
■ (П.2)■ (П.2)J=mr\
■ (П.2)
■ (П.2)
где т — масса тела, кг; г — радиус инерции, м.
Для расчетов в международной системе едлниц СИ необходимо перевести маховой момент ротора (якоря) двигателя 67)2Д, указанный в каталоге в системе МКГСС, в момент инерции Уд:
г
4
(П-3)(П-3)Приведенный к валу двигателя момент инерции массы т, поступательно движущейся со скоростью и, равен, кг-м2,.
(П-3)
(П-3)
,91,2тс2
V' =;,П.4
где т — кг; о — м/с; п — частота вращения двигателя, об/мии.
Момент инерции вращающегося тела для приведения к валу двигателя необходимо разделить на квадрат передаточного числа:
Г=ЛР.(П.5)
Формулы для расчета пути торможения. Механические характе
ристики асинхронного двигателя в режимах динамического торможения, торможения противовключением, генераторного (рекуперативного) и конденсаторного торможения приведены на рис. П.1.
. а) Относительно постоянный тормозной момент (торможение противовключением, механическое торможение).
Время торможения, с.
где Г — суммарный приведенный к валу двигателя момент инерции всех движущихся частей, кг-м2; гь и л2— начальная и конечная частоты вращения, об/мин; МДВн — приведенный к валу двигателя результирующий тормозной момент, Н-м.
Угловой путь торможения в оборотах вала двигателя- W14- «г ,$т -120'т‘
Тормозной момент изменяется по прямолинейному закону (рекуперативное торможение, конденсаторное торможение). Путь торможения от частоты вращения л< до л2 (в оборотах двигателя)
9т =[ (СЛ4да1 + л,)2,31е ^ - (л2 - л.)],(П.7)
_*^2 —11
где—; Л4ДИН1 и Мдий — динамические моменты при
" ^дии! ^линг
л. и л2.-■.•.
g Сводная таблица основных расчетных формул в системах единиц СИ и МКГСС
Величина
Формула ы международной системе единиц СИ
Формула в технической системе единиц МКГСС
Примечание
Угловой путь торможения (в оборотах вала двигателя)
Si ",
^i^a ।^ ^2i
Si , ntta , GD2n2t
180
60 f 1146Л4ДИН
¥т ~ 180 + 60 1 45 000Л4дин
Максимальная неточность остановки (в оборотах вала двигателя)
л8< ■
। ^tcp^a.cp / ^i . A^a A .
60\ fiicp^a.cp /
.^cpn2icp
1146ЛТдин#Ср
^1 t A/ ! J^№h\
2s 1 z*/*1
X ^юр^cp^ дин, ср/
Ут.тах 36() i- 60 X
X (Дп* | ^абРср^уф у
Vя, ср^а.ср/45000Л/дИН1Ср
\ и1СрGD$CpМдИН-Ср)
Для случая неизменного в процессе торможения суммарного тормозного момента; п\ — начальная частота вращения двигателя
Приближенная формула для расчета неточности остановки
1 nuiA
fT.^-2292(MT + ^c.,„aJC)
g.104(Mr+ Мстах)
Номинальный момент двигателя
A^HOM — f
9550F ном ^иом
м ' 975/?ном пном
-
Суммарный момент инерции или маховой момент
1,25 CD® '91,2^1
4।n®"
.п®
Величина
Формула в международнойсистеме единиц СИ
Формула в технической системе единиц МКГСС
Примечание
Время и путь торможения от частоты вращения пх до п2 при постоянном тормозном моменте
/(п, — пг) 9,55(Л4Т 4-Л1С) ’
И,^ — п\)
1146 (Л1Т+ Мс)
_ GD^th-n^ _ т375(М, + Mc) ’
GD4nli - пг=)
Vt- 450С0(Мт + Л1с)
пг—пх
Минц: " Мдинг .
Путь торможения от частоты вращения гц до п2 при изменении тормозного момента по прямолинейному закону
JC
Vt — 573
(СЛ1ДИН1 + П])Х
X 4>Olg — (п2 — nJ
'"дингJ
GD2C Г
?т = "22500" [(С^' + П1)?<
xa.sig^^-Xna-na]
^динг -.J
/п,
1-0,15
Время и путь динамического торможения до полной остановки
9,55(0,6Мном
GD2^ 1 — 0,15——
\^НОМ
375(0,6Л41|о:и + Л1с)
¥1=
|пЛ 90
Для двигателей серий
МТКН, MTKF
Примечания: 1. Размерности величин, входящих в формулы расчетов в системе СИ: б— град, п—об/мин, / — с, М *~ Н*м, / — кг-м2, Р — кВт, т — кг, и — м/с, GD^ — кгс-м2; <р — обороты вала.
2.2. Размерности величии, входящих в формулы расчетов в системе МКГСС, те же за исключением; М — кгс-м, G — кгс.
102
Тип
Степень защиты
8 я О Р ф = 5 а
X 8 S
Количество контактов
Рабочий ход рычага (толкателя)
в к
is X
К ~
3
h.
Погрешность,
Размеры, мм
Масса. КГ
3
Р
ВК-2ООГ
Пылебрызгозащищенное
Есть
1
1
12±2°
60
16
±0,2
60X73X136
1.2
вк-зоог
Пылеводонепроницаемое
Есть
1
1
12±2°
60
16
±0.2 1
60X73X136
/ 1,2
ВП-16
То же
Есть
1
1
10±3*
60
16
±0,2
58X76X135
0,95
КУ-701А
Брыз гозащищеииое
Нет
Два в любой комбинации
24”
100
10
—■
202X158X185
2,7 ,
ВПК-1000
Пыл ебрыз гозашищенное
Есть
1
1
15±5° (2,4 мм)
8
6
±0,2
от 63X48X102 до 63X48X136
0,12—0,32
ВПК-2000
Пылеводонепроницаемое
Нет
1
1
8,5 мм
23
6
±(0,1—0.3)
От 63X48X84 ДО 63X48X119
0,17—0,44
ВПК-4000
Пылеводонепр9ницаемое и др.
Нет
До четырех в любой ком- • бинации
7 мм
20
10
±0,1
От 34X35X122 до 76X59X178
0.2—1.3
ВП-62
Пылебрызгозащищеиное
Есть
1.
1
8е
(1,5—3,5) мм
2-15
10
±0,3
80X30X87
0.5
вкм-взг
Взры возащищенное
Есть
1
1
2 мм
40 .
2,5
0.5
115X74X135
*0,52
ВИВ
То же
Есть
2—4
10°
64
10
о; s
80X55X160
2
"Приложение 2. Технические данные конечных выключателей
Приложение 3. Технические данные бесконтактных датчиков положения
Тип
Рабочий зазор, мм
Основная погрешность, мм
Дифференциал срабатывания, мн
Напряжение питания, В
Выходной сигнал. В, • либо, аппарат
Размеры, мм
датчика
переключающей пластины (минимальные)
КВД-6М, ПИЩ-6-1
6
±0,1
1,5
—12; 24
— 12 В; —24 В;
реле —12 В, 180 Ом или —24. В, 360 Ом
80X19X28
20X12X0,5
КВД-25
25
±0,2
4
—12; 24
—12 В; 24 В;
реле —12 В, 150 Ом или —24 В, 330 Ом
105X48X70
40X35X1.0
КВП-8;
КВП-16
8; 16
±0,2; 0,3
5
—12; 24
—12 В, —24 В;
реле —12 В, 220 Ом или —24 В, 470 Ом
92X63X42
40X40X1; 60X60X1
. БВК-24М;
БВК201-24;
БВК231-24
6; 10
±0,2
1—3
—24
—24 В; реле —24 В, 280 Ом
78X49X70
15X30X3
БДП-2
25
±0,5
Нет сведений
—24
—24 В; реле —24 В, 160 Ом
65X65X75
. 50X50X3
ИКВ-22
10
Нет сведений
-v24
реле -^12 В; 0,5 А
250X145X137
80X140X2
_ ИД-5
СО
20
±1,0
Нет сведений
-х,220
—24 В; РЭВ-800
187X170X70
gHer сведений
Продолжение прилож. 3
Тип *
Рабочей * зазор» мм
Основная погрешность, мм
Дифференциал" срабатывания, .мм
Напряжение питания, В
БыходноЙ’сигнал, В, либо аппарат '
Размеры, мм
_ датчика
переключающей пластины (минимальные)
БСП-2;
БРП
4
±0,5
5
—24
—24 В, 160 Ом
94X40X46
. 80X15X3
ДПУ-40
ДПУ2-40
. 40
±1,0.
" 50
20
‘ Магнитоуправляемый контакт (МК); /откл= =1 А; -^220 В
«
190ХЮ0Х70
80ХЮ0Х34: 110X80X30
150X60X2,5
ДПУ1-100
ДПУ2-100.
100
100
30 *
—
202X195X145 144X135X45; 140X80X30
150X60X2,5
ДПЭ-101ПВ
■. 30 . *
±3,0
Нет сведений
—
МК; /откл=0,12 А ' (^.110 В) или'
0,055 А (—110 В) _
80X125X76
■ 40X80X2
ВСГ-1;
ВСГ-2;
ВСГ-3-
Л, 5
±0*07
1 8
—
МК; /ОТКл=1 А (^220 В) или 0,2 А (—110 В)
70X38X31
57X30X2
ВКБ2Ы8 : '
0,15
±(0,06-ь0,15)
0,4 ‘
—12
—12 В ■
62X34X24
36Х10ХЮ
ВПБ12
0,12
±2,5-10- =
0,6
—12
—12 В; РПУ-0;
160 мА;
100X24X85
50X24X5
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Ключев В. И. Выбор электродвигателей для производственных механизмов. — 3-е изд. — М.: Энергия, 1974. — 96 с.
Марголин Ш. М. Дифференциальный электропривод.—М.: Энергия, 1975. — 168 с.
Петров Л. П. Управление пуском н торможением асинхронных двигателей.—М.: Энергоиздат, 1981. — 184 с.
Петров Л. П„ Подзолов Р. Г., Буштяи Л. В. Автоматическое управление торможением станочных электроприводов. — М.: Машиностроение, 1978 — 135 с.
Сиротин А. А. Автоматическое управление электроприводами.— М.: Госэнергоиздат, 1959. — 532 с.
Зусман В. Г., Мейстель А. М., Херсонский Ю. И. Автоматизация позиционных электроприводов.— М.: Энергия, 1970. — 120 с.
Вешеневский С. Н Характеристики двигателей в электроприводе.— 6-е изд.—М.: Энергия, 1977.—432 с.
Масандилов Л. Б., Москаленко В. В. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей. — 2-е изд.—М.: Энергия, 1978.— 96 с
Герасимяк Р. П. Тиристорный электропривод для кранов.—М.: Энергия, 1978.— 112 с.
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие 3
Способы повышения точности остановки электропривода ..5
Эффективные методы торможенияасинхронных двигателей16
Способы получения пониженной частоты вращения асинхронных двигателей .. 31
Точная остановка электроприводов постоянного тока ...61
Командоаппараты и конечные выключатели. Погрешности срабатывания аппаратов 64
Бесконтактные датчики положения механизмов и командоаппараты "..73
Выбор мест установки датчиков, формы и длины переключающих элементов87
Примеры схем автоматического управления процессами торможения и точнойостановки электроприводов .92
Приложения 98
Список литературы3-ястр. обл.
ЪМ пл
w№Wjbitiem.'n<W)tlA«