Шпоры - Электропривод

Подождите немного. Документ загружается.

1. Технологические режимы работы шахтных рудничных подъемных установок.

Особенности нагрузочных диаграмм различных типов П.М. Основные

требования к электроприводу П.М. и чем они обусловлены?

Работа подъемной установки характеризуется цикличностью, т. е. рядом сменяющихся циклов,

следующих друг за другом. В свою очередь каждый цикл можно разбить на четыре основных

периода: разгон, равномерное движение, замедление до полной остановки и пауза.

Таким образом, чтобы обеспечить требуемую производительность рудничного подъема, каждый

цикл должен укладываться в определенное, наперед заданное время. Для этого необходимо

выдерживать расчетные значения ускорения и замедления, максимальной скорости и

продолжительности паузы, т. е. выдерживать принятую диаграмму скорости. Диаграмма скорости

подъема— это зависимость скорости движения подъемных сосудов от времени.

При осуществлении подъемных операций скорость подъемного двигателя должна изменяться по

определенному закону, характеризуемому диаграммой скорости.

В зависимости от назначения и высоты подъема, вида и грузоподъемности подъемных сосудов,

числа горизонтов и расстояния между ними диаграммы скорости могут быть трех-, пяти-, шести- и

семипериодными (рис.).

Наиболее простые трех-периодные диаграммы скорости целесообразно применять для клетевых

подъемных установок с одноэтажными неопрокидными клетями при качающихся приемных

площадках. Наиболее сложные шести- и семипериодные диаграммы скорости необходимы при

грузовом подъеме с опрокидными скипами или клетями. Это объясняется необходимостью

ограничения скорости движения подъемных сосудов

в разгрузочных кривых. Поэтому период разгона

разбивается на два участка с различными ускоре-

ниями. То же относится и к периоду замедления.

Рассмотрим шестипериодную диаграмму скорости,

проектируемую обычно для скиповых подъёмов,

оборудованных опрокидными скипами. На первом

участке 0-1 (рис. б) осуществляется движение

опускающегося подъемного сосуда в разгрузочных

кривых. Причем ускорение на этом участке должно

быть таким, чтобы скорость схода с кривых (точка1)

не превышала для скипа 1,5 м/с, а для опрокидной

клети — 2,5 м/с. На участке 1-2 после выхода

подъемного сосуда из разгрузочных кривых машина

движется с ускорением, которое ограничивается

допустимыми напряжениями в узлах подъемной

машины и определяет перегрузочную способность

подъемного двигателя. Это ускорение по

действующим нормам не должно превышать для

вертикального грузового подъема 1,2 м/с

, также

наклонного подъема (свыше 30°). Для

многоканатных подъемных машин критерием

величины ускорения служит исключение про-

скальзывания канатов по футеровке.

На участке 2—3 подъемные сосуды движутся с

максимальной скоростью, а на участке 3—4 - с

замедлением, пока скорость не достигнет величины,

допустимой для входа в разгрузочные кривые (точка

4). Эта скорость также нормируется и не должна

превышать 1,5 м/с.

Участок 4—5 соответствует движению скипа,

опрокидной клети в разгрузочных кривых. Это

движение должно происходить со скоростью V

р.к

0,6±0,3 м/с. Скорость дотягивания используется и в

неопрокидных клетях для компенсации погрешности

системы управления.

На участке 5—6 происходит процесс окончательного

останова. Участок 6—7 соответствует паузе между

двумя соседними периодами подъема. Пауза

определяется конструкцией загрузочно-разгрузочных

устройств при спуске-подъеме грузов, а при спуске-

подъеме людей — нормативами времени на посадку людей в клеть. Эти нормативы следующие:

время на посадку в клеть одноэтажную определяется из расчета 1 с на посадку одного человека плюс

10 с и плюс 25 с при посадке в двухэтажную клеть. Для скиповых подъемов определяющей для

паузы является грузоподъемность скипа, т— до 6—8 с, 9—10 с, 12—12 с, 15—15 с, 20—30 с.

На рис. 2.2, а, б приведены диаграммы движущих усилий на ободе барабана (шкива трения)

уравновешенной двухкопцевой подъемной установки с неопрокидными скипами при нормальной

работе по выдаче груза и для статически неуравновешенной подъемной установки, оборудованной

опрокидными клетями или скипами. Из диаграмм усилий следует, что установки с неопрокидными

клетями или скипами имеют в период пуска меньшие усилия на валу двигателя по сравнению с

опрокидными. Это объясняется тем, что при опрокидывании подъемного сосуда часть его веса при-

ходится на разгрузочные кривые и этим создается еще большая неуравновешенность системы",

нарастающая в конце дотягивания при разгрузке сосуда. Поэтому в момент опрокидывания

необходимо создание значительного тормозного момента на валу подъемной машины. Там же

представлены диаграммы скорости движения подъемных сосудов .

В статически неуравновешенных системах подъема неуравновешенность зависит от веса каната, а

следовательно, от глубины подъема. Разница статических натяжений в верхних точках

поднимающейся и опускающейся ветвей во время подъема непрерывно меняется, достигая

наибольшего значения в начале и наименьшего — в конце подъема.

Максимальная скорость движения сосудов чисто грузовых подъемных установок вертикальных шахт

и рудников не должна превышать значения V

max

= (0,4 - 0,5) √H, a

≠a

≈1,2м/c

где V

max

— максимальная скорость движения подъемных сосудов, м/с; Н — высота подъема, м.

Причем эта скорость должна быть не более 20 м/с. V

дотягивания

=0,3м/c.

Максимальная частота вращения двигателя должна оставаться неизменной при изменении нагрузки

на валу барабана подъемной машины, т. е. механическая характеристика двигателя должна быть

жесткой.

Диаграмма усилий клетевой подъемной установки (рис. е) существенно отличается от диаграмм

усилий скипового подъема. Объясняется это сложностью маневров при посадке клетей на

посадочные кулаки или качающиеся площадки.

Для клетевого подъёма скорость должна быть не более 12 м/с, a

≤0,5м/c

Наиболее полно диаграмма подъема выполняется при автоматическом управлении подъемной

машиной. Это в первую очередь относится к скиповым и грузолюдским подъемным установкам при

работе по выдаче груза.

Автоматизация в этом случае должна предусматривать:

 систему регулирования хода подъемной машины, обеспечивающую программное выполнение

требуемой диаграммы скорости, независимо от изменения нагрузки в заданных пределах, при

этом отклонение скорости не должно отличаться более чем на 1-2 % без вмешательства

обслуживающего персонала;

 выбор зазоров в зубчатой передаче и плавное натяжение подъемного каната;

 три режима работы: автоматический, ручной, ревизии.

 перевод подъемной машины с одного вида управления на другой лишь при заторможенной

машине и при установке всех рукояток управления на пульте в исходном (нулевом) положении;

 аварийный останов подъема с мест загрузки и разгрузки скипов, а также с пульта управления

машиниста подъема;

 наложение предохранительного тормоза при аварийном отключении подъемного двигателя от

сети;

 контроль за исправностью отдельных элементов оборудования и защиту от нарушений

нормального режима работы подъемной машины в соответствии с требованиями ПБ и технологи-

ческими требованиями;

 максимальную скорость в пределах допустимой;

 рывок≤2,5м/с

=0,1-0,3 с;

 t

рег по скор

=1,5-2 с;

Кроме вышеперечисленных требований, электропривод подъемной установки должен удовлетворять

условиям возможно большего к. п. д. установки при регулировании скорости и минимального

потребления электроэнергии в период пауз, так как мощность подъемного двигателя достигает

нескольких тысяч киловатт, минимального веса и стоимости.

2. Привести основные элементы схемы электропривода П.М., построенного на

основе асинхронного электродвигателя с фазным ротором. Пояснить принцип и

способы управления приводом.

Рассмотрим управление пуском асинхронного двигателя с фазным ротором. Наибольшее

распространение нашло управление пуском асинхронного двигателя введением в цепь ротора -ак-

тивного сопротивления. Диаграммы угловой скорости и момента двигателя в период пуска

приведены на рис. Для выполнения такой диаграммы угловой скоростимашинист оператор

полдъёмной машины должен через определёнеыё промежутки времени t1, t2, t3 и т. д. передвигать

рукоятку командоаппарата, включая тем самым контакторные катушки, срабатывание которых

вызывает шунтирование спупеней пускового

резистора в роторной цепи. В связи с тем что

машинисту-оператору трудно обеспечить

необходимые выдержки времени на различных

пусковых ступенях, производительность подъемной

уста

новки будет всецело зависеть от его морально-

психологических качеств. Для ликвидации этих

недостатков применяют автоматическое управление

подъемной машиной, что обеспечивает надежность и

безопасность работы установки, повышает ее

производительность на 10—15 % из-за строгого

выполнения заданной диаграммы скорости и выдер-

живания пауз между циклами подъема.

Автоматизировать процесс пуска асинхронного

двигателя, т. е. выводить пусковые резисторы последовательным замыканием роторных

контакторов, можно в зависимости от различных параметров, характеризующих режим работы

подъемной машины. Такие параметры: время, момент, скорость, ускорение, путь или комбинация

этих параметров (например, время и ток).

Наибольшее распространение на подъемных

машинах нашли схемы автоматизации процесса

пуска в зависимости от времени, тока с

корректировкой по времени, времени с

корректировкой по току, а также по ускорению.

Автоматическое управление пуском по времени

с корректировкой по току

В схемах автоматического управления пуском

асинхронного двигателя по времени с

корректировкой по току используется элект-

ромагнитное реле времени постоянного тока РЭ-500

с обмотками управления: втягивающей,

размагничивающей и токовой.

Принцип работы трехобмоточного реле следующий.

При подаче напряжения в цепь управления под

напряжением оказываются лишь втягивающие

обмотки, которые создают намагничивающие силы

(н. с)

= a*w

, приводящие к срабатыванию реле. При

снятии напряжения с одной из обмоток н. с. в ней

изменяется по экспоненциальному закону (рис. 2.5).

Для ускорения затухания магнитного потока втягивающей обмотки и для уменьшения остаточной н.

с. используется размагничивающая обмотка, которая создает н. с. F

= a*w

, направленную встречно

н. с. втягивающей обмотки F

Размагничивающая обмотка подключается одновременно с отключением втягивающей обмотки.

Поэтому суммарная н. с. определяется выражением F

∑

вт

— F

. Но одновременно с

размагничивающей обмоткой вступает в действие и токовая обмотка н.с, которой F

= a*w

пропорциональна току подъемного двигателя, т. е. величине поднимаемого груза. Н.с токовой

обмотки направлена согласно с н.с втягивающей обмотки, т. е. результирующая н.с F

∑

S = F

+ F

—

Кривые изменения н.с. всех трех обмоток во времени показаны на рис.

Выдержка времени реле определяется условием F

∑

пр

, когда усилие притягивания якоря реле,

создаваемое результирующей н.с, станет меньше усилия, создаваемого пружиной F

, т. е. в данном

случае времени t1. Это случай, когда осуществляется подъем нормального груза (М

ст

=М

ном

). При

подъеме более легкого груза (М

ст

< М

ном

) кривая изменения н.с токовой обмотки F

примет вид, пока-

занный на рис. 2.5 пунктирной линией. Это вызывает изменение результирующей н.с, а

следовательно, и выдержки времени реле, которая станет равной t2. При подъеме тяжелых грузов

(М

ст

> М

ном

) изменение кривой н.с токовой обмотки F

(штрих-пунктирная линия) автоматически

увеличивает время срабатывания реле до величины t3. Таким образом, применение в схеме

автоматического пуска асинхронного двигателя трех-обмоточного реле приводит к автоматическому

слежению за нагрузкой на валу подъемного двигателя.

Принципиальная схема пуска асинхронного двигателя по времени с корректировкой по току с

использованием трехобмоточного реле показана на рис. 2.6. Рассмотрим ее работу.

После подачи напряжения постоянного тока в цепь управления подъемным двигателем получают

питание втягивающие обмотки реле времени КТ1.1—КТ3.1 через размыкающие контакты РДБ и

КМ4, КМ5. Их срабатывание приводит к размыканию контактов КТ1—КТЗ в цепях контакторных

катушек ускорения КМ4—КМ6 и замыканию контактов КТ1—КТЗ в цепях размагничивающих

обмоток КТ1.2—КТ3.2 и токовых обмоток КТ1.3—КТЗ.З. Перевод рукоятки командоаппарата в

крайнее левое (замыкается контакт КК-В) или правое положение (замыкается контакт КК-Н)

приводит к подключению катушек контакторов КМЗ (КМ2) и КМ1 и к замыканию главных контак-

тов КМЗ (КМ2) и КМ1 в цепи статора асинхронного двигателя, подключая его к сети переменного

тока, а токовые обмотки КТ1.3—К.ТЗ.З через выпрямитель U и потенциометр RP — к

трансформатору току ТА2. Одновременно

с этим происходит включение реле

дуговой блокировки РДБ, которое сво ими

контактами обесточивает втягивающую

обмотку К.Т1.1 и подключает

размагничивающую обмотку К.Т1.2 к

источнику питания постоянным током.

После снижения результирующей н. с F

∑

реле времени до величины меньшей F

пр

происходит ее срабатывание,

сопровождающееся замыканием контакта

КТ1 в цепи контактора ускорения КМ4,

вызывая ее срабатывание, и своими

контактами он производит шунтирование

первой ступени пускового резистора в

цепи ротора асинхронного двигателя и

размыкание замыкающего контакта КТ1 в

цепях размагничивающей обмотки К.Т1.2

и токовой обмотки КТ1.3. Размыкание

контакта КМ4 после срабатывания контактора ускорения КМ4 приводит к обесточиванию

втягивающей обмотки КТ2.1, и процесс разгона подъемного двигателя на второй пусковой ступени

протекает аналогично.Кривые изменения угловой скорости, момента асинхронного двигателя при

пуске в функции времени с корректировкой по току нагрузки приведены на рис. 2.7. Сплошными

линиями показан пуск при нормальной нагрузке, пунктирными — при подъеме легкого груза,

штрих-пунктирными линиями — при подъеме тяжелого груза. Из графиков следует, что в

зависимости от величины поднимаемого груза автоматически изменяется время пуска. Оно тем

больше, чем больше нагрузка, и наоборот. Защита от застревания двигателя на промежуточных сту-

пенях обеспечивается таким подбором результирующей н. с, F

∑

чтобы она была меньше F

, при

возможной перегрузке двигателя.

Установочные резисторы Rl, R2, R3 и потенциометр R служат для настройки соответственно

размагничивающих К.Т1.2— КТ3.2 и токовых обмоток КТ1.3—К.ТЗ.З на необходимые намаг-

ничивающие силы.

В рассмотренной выше схеме управления пуском асинхронного двигателя используются 5—8

пусковых ступеней металлических резисторов, включение и выключение которых в цепь ротора

ведется с помощью релейно-контакторной аппаратуры.

Управление пуском асинхронного двигателя с жидкостным реостатом

Ступенчатое изменение пускового момента при релейно-контакторной схеме управления вызывает

значительные динамические нагрузки в элементах подъемной машины, что ускоряет износ канатов и

редукторов.

Недостатки, присущие релейно-контакторному способу управления, могут быть ликвидированы

применением жидкостного резистора, нашедшего широкое применение в зарубежной практике. Это

достигается тем, что жидкостный резистор обеспечивает возможность более плавного разгона

подъемного двигателя, уменьшение пусковых токов, требует меньших рабочих площадей,

незначительной мощности управления и более прост в эксплуатации.

При управлении асинхронным двигателем подъемной машины с использованием жидкостного

резистора в период пуска для поддержания постоянства момента двигателя и ускорения необходимо

плавное перемещение его электродов. Перемещение электродов можно производить вручную, что и

предусмотрено в пульте управления подземных подъемных лебедок и машин (ППМ). В установках с

более мощным приводом управления перемещением электродов жидкостного резистора ведется ди-

станционно и автоматически, с минимальным приложением мускульных усилий.

Следящий электропривод, используемый для этих целей, должен удовлетворять следующим

требованиям: достаточное быстродействие, приемлемое число промежуточных положений

электродов, удержание электродов в любом положении при отсутствии сигнала рассогласования,

простота, надежность, экономичность и удобство в эксплуатации.

В качестве следящего привода жидкостного резистора может быть использована одна из

перечисленных ниже систем: электрогидравлическая, электропневматическая; электромеханическая

с двигателем постоянного или переменного тока и с контактным или бесконтактным управлением.

3. Особенности построения тиристорного электропривода П.М. переменного тока в

системе асинхронно-вентельного каскада, частотно регулируемого

электропривода с использованием тиристорного коммутатора в роторной цепи.

Одной из разновидностей электропривода с преобразователем частоты служит система

асинхронного вентильного каскада (рис. ).

В период разгона подъемной машины изменение скорости электропривода ПМ осуществляется

программным устройством в функции пути. Программа управления, соответствующая заданной

расчетной диаграмме скорости, задается профилями ретардирующего устройства (РД-В или РД-Н),

которое, воздействуя на сельсинный командоаппарат (СКА-В или СКА-Н), обеспечивает требуемую

скорость в каждой точке пути подъема. Последний подает управляющий сигнал постоянного тока

через выпрямитель U1 или U2 в задающую обмотку ОЗ суммирующего магнитного усилителя

системы управления AUZ инвертором UZ. Компенсация отклонения скорости от заданной, выз-

ванная различием в загрузке скипов, осуществляется введением обратной связи по скорости,

осуществляемой тахогенератором BR, выпрямителем U3 и обмоткой управления ООС. Для ограни-

чения ускорения, а также защиты подъемной машины от перегрузок введена отрицательная обратная

задержанная связь по току двигателя ОСТ, реализуемая с помощью шунта RS, потенциометра RP и

диода VD.

При достижении подсинхронной скорости, близкой к скорости идеального холостого хода, ротор

асинхронного двигателя закорачивается контактами КЗ и в период установившегося движения

работает на естественной механической характеристике.

В период замедления применяется свободный выбег или режим динамического торможения. При

свободном выбеге двигатель продолжает вращаться оставаясь включенным в сеть, размыкаются

контакты КЗ и в цепь ротора вводится противо-э. д. с., превышающая напряжение ротора. При этом

ток ротора становится равным нулю, а двигатель замедляется в режиме свободного выбега.

В период замедления в режиме динамического торможения статор двигателя отключается от сети

переменного тока (размыкаются контакты КЗ и КМ1 или КМ2) и замыкаются контакты КМЗ, после

чего в две его фазы подается постоянный ток от неуправляемого выпрямителя U4. Регулирование

величины тормозного момента в режиме динамического торможения также осуществляется

изменением угла β управления инвентора в функции пути, что производится воздействием

замедляющего профиля ретардирующего диска на сельсинный командоаппарат. В период

замедления ток в статоре постоянен.

При достижении скорости дотягивания сигнал от сельсинного командоаппарата перестает

изменяться, что осуществляется отключением ретардирующего диска от вала подъемной машины, и

последняя продолжает движение с постоянной скоростью. Поддержание этой скорости

осуществляется обратной связью по скорости. При достижении подъемным сосудом конечного

положения срабатывает конечный выключатель и машина стопорится рабочим тормозом.

Несмотря на положительные качества АВК (возможность плавного регулирования скорости и

момента, высокие качества автоматического регулирования, отсутствие коммутационной ап-

паратуры в роторной цепи), он имеет и недостатки: низкий коэффициент мощности и невозможность

работы с номинальной скоростью из-за потерь в преобразователях, что потребовало установки

короткозамыкателя КЗ.

4. Привод по системе Г-Д П.М. Последовательность выбора силового оборудования

электропривода, включая преобразователи для возбуждения двигателей и генера-

тора.

Электропривод по системе Г—Д выполняется как безредукторным, так и редукторным. Для

барабанных одноканатных подъемных машин наибольшее распространение получил

безредукторный привод, который при требуемых в настоящее время мощностях используется только

как однодвигательный. Редукторный привод выполняется одно- и двухдвигательным.

Предпочтительным является однодвигательный.

При выборе силовой схемы привода необходимо учитывать: технологические особенности

производства; требуемую грузоподъемность, которую должен обеспечить силовой привод;

серийность применяемых двигателей и генераторов; стоимость силового привода, надежность

силовой схемы; простоту монтажа и эксплуатации; возможность резервирования основного

оборудования.

Выбор двигателя.

Двигатель выбирается по условию обеспечения необходимой частоты вращения и мощности:

Эффективное усилие на валу двигателя F

эф







эф

)(

где:

пдв

эф

TTT 

Эффективная мощность:

1000

максэф

эф

P 

vмакс

эф



яядв

RIU







►



рмакс

рдв

n 30

На основании рассчитанных P

эф

и n

рдв

опред P

дв

и n

дв

≥ n

рдв

дв

≥ P

эф

Генератор выбираем по напряжению и мощности двигателя

Скорость двигателя не является критерием при выбора генератора

ген

= k

дв



дв

, кВт

ном.ген

. > U

ном.дв

я.ном.ген

> I

я.ном.дв

где

Рген - мощность генератора , кВт ;

Рдв - мощность двигателя , кВт;



дв - кпд двигателя , о.е;

Iя.ном.ген - номинальный ток якоря генератора , А ;

Iя ном.дв - номинальный ток якоря двигателя , А .

=1.1

Выбор гонного двигателя.

Основной критерий выбора гонного двигателя - это равенство скоростей вращения якоря генератора

и ротора гонного двигателя

Необходимо учитывать:

гон.дв

= U

сети

;

гон.дв

= Р

ген



ген

где Uгон.дв - напряжение гонногодвигателя , В ;

Ргон.дв - мощность гонного двигателя , кВт .

Выбор тиристорного возбудителя для генератора:

твг мах

= 1.5 U

возб.ген

где K

– коэффициент форсировки,

Возбудитель для двигателя должен обеспечивать три режима работы:

1) ослабленный;

осл

= 0.3 U

возб.дв

осл

= 0.3 I

возб.дв.

2) номинальный;

= U

возб.твд

;

= I

возб.твд

3) форсированный;

форс

= (3



4) U

возб

Электропривод по системе Г-Д с тиристорным возбуждением генератора находит широкое

применение во многих отраслях промышленности. Достаточно сказать, что большинство мощных

электроприводов постоянного тока различного назначения выполнены по системе Г-Д. Это

объясняется рядом ее важных преимуществ по сравнению с другими приводами;

- высокая жесткость механических характеристик;

- большой диапазон и плавность регулирования скорости;

- отсутствие пусковых сопротивлений и потерь энергии в них;

- простота реверса двигателя без переключений в цепи якоря;

- простота перевода привода в режимы торможения с рекуперацией энергии в сеть;

- относительная простота схемного решения системы управления приводом, не требующая высокой

квалификации обслуживающего персонала.

Наряду с перечисленными достоинствами система Г-Д не лишена существенных недостатков, к

числу которых относятся:

- недостаточное быстродействие привода;

- неустойчивая работа двигателя в зоне низких скоростей, ограничивающая диапазон регулирования;

- низкий коэффициент полезного действия, не превышающий 75-80;

-высокая установленная мощность, равная трехкратной мощности регулируемого двигателя;

-большая занимаемая площадь.

5. Тиристорный электропривод постоянного тока для подъемных машин.

Особенности его применения.

В настоящее время находят применение приводы ТП—Д по двум принципиально отличающимся

схемам:

1) с реверсивным ТП, на который подключен якорь двигателя, и нереверсивным ТВ для питания

обмотки возбуждения двигателя (ОВД). Эта система привода, как и привод Г—Д, обеспечивает:

управление направлением вращения двигателя путем изменения полярности подводимого

напряжения преобразователя ±U

dтп

. при потоке двигателя +Ф

ДВ

= const; изменение знака якорного

тока ±I

и электромагнитного момента ±М для двигательного и тормозного (инверторного) режимов

работы по зависимостям:

Упрощенная силовая схема такого привода приведена на рис. 5.5, а;

2) с нереверсивным ТП для питания обмотки возбуждения двигателя, характеризующийся

неизменным направлением якорного тока ±Iя; обеспечивает изменение направления вращения и

знака электромагнитного момента привода по зависимостям:

Упрощенная силовая схема такого привода приведена на рис. 5.5, б.

Рис. 5.5. Силовые схемы тиристорного привода:

а— с реверсивным силовым тиристорным ТП (ТП-В, ТП-Н) и нереверсивным ТВ, б — с

нереверсивным силовым ТП и реверсивным ТВР, ВМ — масляный выключатель, В — выключатель

автоматический, ТС, ТН, ТС1 — трансформаторы, АВБ — автоматический быстродействующий

выключатель, ДР — дроссель

В приводах шахтного подъема ТП применяются с шестью или двенадцатью фазными пульсациями

Ud.

Механические характеристики привода по системе ТП—Д, в зависимости n

дв

= f(М) аналогичны

таким же зависимостям в приводе Г—Д, за исключением области малых, прерывистых токов,

ограниченной штриховой линией (рис. 5.6, б), в котором имеет место искажение характеристик.

Приводы по системе ТП—Д, построенные по двумя указанным схемам (см. рис. 5.5), управляются в

четырех квадрантах_механических характеристик.

Рис. 5.6. Характеристики привода по системе ТП—Д:

а — управления; б — механическая; Д-В, Д-Н — двигательный режим (вперед, назад); И-В, И-Н —

инверторный режим (вперед, назад)

Реверсивный (двухкомплектный) тиристорный преобразователь ТП в сочетании с системой

подчиненного регулирования обеспечивает предельное быстродействие электропривода ТП—Д.

Быстродействие привода ТП—Д с нереверсивным (однокомплектным) ТП в якорной цепи двигателя

и (двухкомплектным) реверсивным возбудителем ТВР ограничивается из-за значительных величин

электромагнитной постоянной времени обмотки возбуждения двигателей, достигающих у

тихоходных подъемных двигателей значений 7—8 с.

Поскольку для подъемных установок накладываются ограничения по скорости и ускорению,

вызванные требованием снижения динамических нагрузок в канатах и обеспечением комфорта при

перевозке людей, то не требуется быстрого изменения величины и знака электромагнитного момента

двигателя. Нет также необходимости в быстром реверсе скорости в технологических и аварийных

режимах. Реверс скорости производится только из состояния покоя после остановки

электродвигателя. Поэтому оказывается желательным и возможным применение для шахтных

подъемных машин привода по системе ТП—Д с нереверсивным силовым ТП и реверсивным ТВ.

Такой привод является экономичным и надежным, может обеспечивать требуемую плавность

изменения скорости, ускорения и момента двигателя.

По условию технологических режимов ШПМ время реверса момента в клетевых установках должно

быть ориентировочно не менее 0,8 с и не более 1 с, а в скиповых — не более 2 с.

Так как в приводах с реверсом возбуждения время реверса момента может определяться реверсом

потока двигателя, для ускорения процесса изменения знака момента предусматривается форсировка

напряжения возбуждения. K

=4.

Привод по системе ТП—Д с нереверсивным ТП и реверсом I

используется для скиповых

подъемных машин, а привод с реверсивным ТП — для клетевых машин.

Система управления электроприводом для скиповых подъемных установок обеспечивает:

автоматическое управление подъемной машиной с подачей команды от загрузочного устройства или

по другому сигналу с автоматической отработкой диаграмм скорости с заданными параметрами;

ручное управление с подачей машинистом сигнала на начало движения и автоматической

отработкой элементов цикла с заданными параметрами; режим ревизии со скоростью не более 0,5 м/

с с подачей всех команд машинистом.

Система управления электроприводом клетевых подъемных установок обеспечивает: дистанционное

управление с пульта верхней приемной площадки с автоматическим ограничением скорости и

ускорения; работу с горизонта на одну из трех площадок (нулевую, людскую, приемную); ручное

управление с подачей машинистом сигнала на начало движения и остановку, при котором

максимальная скорость и ускорение ограничиваются автоматически; режим ревизии, как для

скиповых машин.

Схемы управления приводом по системе ТП—Д предусматривают: защиты двигателей подъемной

установки от перегрузки, коротких замыканий и опрокидывания инвертора; от стоянки под током; от

исчезновения тока возбуждения двигателя и от превышения его номинального значения; защиту от

превышения максимальной скорости; технологические защиты и* блокировки.

Схемы управления электроприводом предусматривают сигнализацию: о состоянии основных

механизмов и режимов работы, а также предупредительную и аварийную о нарушениях работы

привода; о снижении уровня изоляции якорной цепи привода.

6. Энергетические характеристики тиристорного электропривода подъема и

способы его улучшения.

При трогании подъемной машины с места в течение 5-8 с движения на малой скорости питающая

сеть загружается реактивным током и происходит дополнительное снижение напряжения

электрической сети.

К числу особенностей тиристорного электропривода относится и более высокий процент

потребления реактивной мощности во время пусков и при движении на пониженных скоростях,

отчего снижается коэффициент мощности.

Негативными показателями электропривода ТП—Д являются усложнение работы при рекуперации

электроэнергии, ограничение перегрузки при работе в режиме инверторного торможения, снижение

максимального тормозного момента (по сравнению с электроприводом Г-Д) на предельно больших и

предельно малых скоростях, ухудшение управляемости при проведении профилактических работ

(ревизий) вследствие нелинейности характеристик электропривода ТП-Д и наличия

ограничительной характеристики инвертора.

В тиристорном электроприводе возможны следующие серьезные аварийные режимы, которые не

наблюдаются в электроприводе Г—Д: нарушение коммутации из-за превышения допустимой

скорости нарастания напряжения в переходных режимах или задержки спадания тока проводящего

тиристора; перенапряжения при однократных коммутационных процессах, которые могут

возникнуть по причине быстрого изменения анодного напряжения при коммутации тиристоров и

отключении трансформатора; отказ тиристоров от внешних воздействий — коротких замыканий в

нагрузке или питающей сети, чрезмерного снижения или исчезновения напряжения в питающей

сети, внешних перенапряжений, опрокидывания инвертора вследствие возникновения внешних

коротких замыканий, прямого или обратного пробоя тиристора, прекращения подачи управляющих

импульсов на один из тиристоров.

При применении электропривода ТП—Д увеличиваются стоимость оборудования электроснабжения

и общие затраты на внедрение по сравнению с электроприводом Г—Д.

Использование электропривода ТП—Д без принятия дополнительных мер может оказаться

нецелесообразным в случаях, когда: мощность шахтной подстанции относительно невелика и не

допускает пусковых нагрузок; реактивные мощности при пуске электропривода ТП—Д подъемных

машин создают недопустимые падения и колебания напряжения в питающей сети; подъемные

установки удалены от питающей и распределительной подстанции и питающие линии имеют

большую протяженность и сопротивление, при которых электропривод ТП—Д вызвал бы

недопустимые падения и колебания напряжения питающей сети; к питающей подстанции

подключается значительное число электроприводов, ухудшающих гармонический состав

напряжения, и могут проявляться коммутационные взаимовлияния тиристорных электроприводов ;

для удовлетворительной совместимости электроприводов ТП—Д (. питающей сетью и улучшения их

энергетических показателей необходимо дополнительное оборудование, заметно удорожающее

применение электропривода ТП—Д.

Нецелесообразно применять электропривод ТП—Д на клетевых подъемных установках, работающих

по перевозке людей, если они не снабжены защитой, быстро прерывающей ток короткого

замыкания, который может возникнуть при опрокидывании инвертора в случае исчезновения

напряжения питающей сети.

Требования и мероприятия по улучшению энергетических показателей электропривода ТП-Д

и питающей электросети.

При работе ТП должны быть приняты меры по исключению существенного влияния на

электрическую сеть коммутационных искажений Ud, чтобы предельное значение действующих

высших гармоник не превышало 5 %.

Должны быть осуществлены мероприятия по компенсации реактивной мощности, потребляемой

электроприводом ТП—Д, чтобы средневзвешенный коэффициент мощности был на том же уровне,

что и для электропривода Г-Д (> 0,9).

Путем выбора силового оборудования и построения систем управления должна обеспечиваться

нечувствительность электропривода ТП—Д к колебаниям напряжения питающей электросети Uc.

Для обеспечения нормальной работы электропривода необходимо удовлетворение требований в

отношении качественных показателей электроэнергии в питающей электросети:

отклонение частоты от номинального значения ±2 %;

изменение (колебания и отклонения) напряжения ±10 % от номинального значения.

Некоторые из перечисленных требований взаимосвязаны и противоречивы: при удовлетворении

одних из них происходит удовлетворение других и при улучшении одних ухудшаются другие.

Поэтому необходимо стремиться к оптимальному удовлетворению перечисленных требований в

отношении статических, динамических и экономических свойств электропривода ТП—Д в целом.

Повышение коэффициента мощности и уменьшение несинусоидальности напряжения сети

при работе системы УВ - ДПТ может быть достигнуто несколькими способами:

за счет применения фильтрокомпенсирующих и фильтросимметрирующих устройств,

обеспечивающих одновременно компенсацию реактивной мощности, фильтрацию высших гармоник

и уменьшение отклонений напряжения по фазам. Эти устройства целесообразно размещать в узле

подключения ЭП к электрической сети. Состоят они из управляемого компенсатора,

обеспечивающего регулирование реактивной мощности и выполняемого обычно на основе

специального тиристорного преобразователя, и энергетического фильтра, который служит для

фильтрации высших гармоник тока ЭП, а также компенсации реактивной мощности. Энергетические

фильтры представляют собой последовательные индуктивно-емкостные резонансные цепи,

настроенные на частоты высших гармоник вентильных ЭП (нагрузок). Число параллельно включен-

ных резонансных цепей фильтров должно быть таким, чтобы коэффициент несинусоидальности

напряжения был не более 5%. Для каждой высшей гармоники используется свой фильтр;

путем использования традиционных компенсирующих устройств, к числу которых относятся

синхронные двигатели и компенсаторы, батареи конденсаторов. Синхронные двигатели являются

эффективным и удобным средством компенсации реактивной мощности в системе

электроснабжения. Выполняя свою основную функцию приводного электродвигателя, СД

одновременно могут генерировать в сеть реактивную мощность, т.е. работать с опережающим cos,

что обеспечивается соответствующим регулированием их тока возбуждения Синхронные ком-

пенсаторы представляют собой СД, работающие без нагрузки. Их основная функция состоит только

в регулировании реактивной мощности в системе электроснабжения. Конденсаторы по своему

действию эквивалентны перевозбужденным СД, по сравнению с другими источниками реактивной

мощности они имеют такие преимущества, как малые потери этой мощности, простота монтажа и

эксплуатации. К их недостаткам следует отнести зависимость генерируемой мощности от

напряжения, недостаточную стойкость при перегрузках по току и напряжению, а также ухудшение

их работы в сетях с повышенным содержанием высших гармоник.

7. Принципы формирования программы движения подьемных сосудов в функции

времени и пути. Задатчики интенсивности, автоматы задания и пути.

Системы автоматического управления с фиксированной программой являются наиболее простыми с

точки зрения их структурного построения и практической реализации и в настоящее время на ходят

широкое применение на автоматизированных подъемных установках с приводом постоянного тока.

В этих САУ программа изменения скорости в процессе выполнения технологических операций по

подъему или спуску груза формируется программным устройством.

Программное устройство вырабатывает сигнал, пропорциональный заданной скорости движения

сосудов в функции времени или в функции пути, пройденного сосудом, или в функции угла пово-

рота органа навивки подъемной машины, и этот сигнал является управляющим воздействием на

входе системы регулирования скорости.

Основой для построения структуры программного устройства является оптимальная диаграмма

скорости движения подъемных сосудов. Так как диаграмма скорости состоит из ряда участков, на

которых характер изменения текущего значения скорости в функция времени различный, то при

аналитическом описании диаграммы скорости целесообразно отсчет времени начинать с нуля на

каждом участке. С учетом этого получены выражения, определяющие зависимость скорости от

времени на каждом из участков. В период замедления отсчет пути начинается с нуля. При

определении закона изменения управляющего воздействия замкнутая система регулирования

скорости, как динамическое звено, при отработке заданной программы может быть представлена

апериодическим звеном первого порядка с эквивалентной постоянной времени, и зависимость между

скоростью и управляющим воздействием определяется уравнением

где k — передаточный коэффициент замкнутой системы регулирования скорости.

Согласно этому получены выражения, определяющие закон изменения управляющего воздействия

на отдельных участках при отработке программы изменения заданной скорости V

Как видно из полученных выражений, управляющее воздействие (Uвх представляет собой сумму

двух составляющих. Одна из них по характеру изменения соответствует заданной диаграмме

скорости, а вторая пропорциональна эквивалентной постоянной времени Тэ. Очевидно, что наличие

двух составляющих значительно усложняет реализацию управляющего воздействия, приводит к

усложнению структуры программного устройства. В связи с этим на практике программным

устройством, как правило, реализуется управляющее воздействие без второй составляющей, т. е.

воспроизводится заданная диаграмма скорости, и, как следствие, фактическая диаграмма скорости

отличается от заданной на величину второй составляющей. Практическая реализация узла может

быть выполнена по схеме, представляющей пропорционально -интегральный регулятор с

апериодическим звеном в цепи обратной связи.

Представляет интерес САУ, в которой используется принцип формирования программы в функции

пути в сочетании с обратной связью по скорости через нелинейный функциональный преобразо-

ватель. В такой системе управляющее воздействие в функции пути можно формировать по

упрощенному закону, например, линейному, а за счет изменения коэффициента обратной связи в

функции регулируемого параметра, т. е. скорости, обеспечить воспроизведение оптимальной

диаграммы скорости движения сосудов.

Для определения закона изменения коэффициента обратной связи в функции скорости уравнение

запишем в виде

ЗИ

Управление частотой вращения подъемного двигателя может быть ручным или автоматическим.

При ручном управлении сигнал управления подается от сельсинного командоаппарата КА. При

автоматическом управлении ступенчатый сигнал управления подается от путевых датчиков и

поступает на задатчик интенсивности АJ, представляющий собой интегрирующее звено и

предназначенный для выработки напряжения линейно меняющегося во времени. Это напряжение

подается на вход регулятора скорости AR.

Задатчик интенсивности позволяет получить различные уровни выходного сигнала — заданного

значения установившейся скорости движения: номинальной скорости подъема и любой

промежуточной установившейся скорости для выполнения основной диаграммы движения при

автоматическом и ручном управлении; сниженной скорости дотягивания, на которой осуществляется

подход к конечной точке пути и компенсации ошибок, накопленных на предыдущих участках пути

этажными выключателями; сниженной скорости, на которой осуществляется ревизия канатов и

ствола.

АЗК

В конструкции машин предусмотрен ряд аппаратов и узлов, предназначенных для контроля скорости

движения сосудов, защиты от переподъема, сигнализации о необходимости начала замедления,

информации о положении сосудов в стволе. Эти функции выполняют: аппарат задания и контроля

хода АЗК-1; дублирующий ограничитель скорости; сельсинный указатель глубины, установленный

на пульте управления

Аппарат задания и контроля хода АЗК-1 используется для контроля хода шахтных подъемных

машин он выполняет следующие функции: обеспечивает защиту от превышения допустимых

значений скорости в периоды разгона, равномерного хода и замедления, а также самоконтроль

целостности электрических цепей ограничителя; преобразовывает угловое перемещение барабана

машины в электрический сигнал для измерения сельсинными указателями глубины пути,

пройденного подъемными сосудами; выдает импульсы в требуемых точках пути движения

подъемного сосуда для осуществления сигнала начала замедления, дублирующей защиты от

переподъема и переключений в схеме управления (всего 40 импульсов при движении вниз и вверх);

задает программу скорости хода машины для автоматизированных подъемов; осуществляет

контроль целостности своих кинематических цепей и корректировку элеяентов аппарата в

соответствии с положением сосудов в стволе шахты при перестановке барабанов.

АЗК 1 предназначен для задания и контроля основных параметров подъемной машины:

скорости и положения. Все функции аппараты заведены от длины каната ч\з систему

редукторов от вала барабана приводятся в движение. Главный редуктор приводит в

движение другие :

Др – дифференциальный редуктор

Редуктор привода датчика от которого работают:

ТГ – тахогенератор

СД – сельсинный датчик.

ЭВ – этажный выключатель

С другой стороны от главного редуктора работает система программных ретродирующих

дисков (система рабочих дисков и система проверки)

Режим проверки осуществляется ежесуточно. Для определения работоспособности

элементов

Для Vк направления движения свой программный диск.

ДК- двигатель коррекции для настройки по длине каната

РКВ 1- реле контроля целостности кинематических цепей (работает от вала двигателя и от

вала барабана)

УПС-указатель положения сосуда у машиниста (фиксирует положение сосудов в стволе)

ЭВ -фиксирует дискретно положение сосуда на любом горизонте.

ТГ2

РКВ1

РКВ2

УПС

ЭОС-1

РЕДУКТОР

ЭВСДСДТГ

РЕДУКТОР

ДК

РЕДУКТОР

ВПЕРЕД

НАЗАД ВПЕРЕД

ОТ БАРАБАНА

ЭМ2

ЭМ3

«АЗК-1

ЭОС2.

Скорость сосуда определяется кривой и тахограммой. L – длина каната в стволе. На участке L

происходит предварительный разгон подъемного сосуда; L

– окончательный разгон; L

– движение

сосуда с постоянной скоростью; L

– торможение сосуда до скорости предельной 0,6м/с; L

– со

скоростью 0,6 м/с скип перемещается в разгрузочных кривых; L

– торможение до полного останова.

Все участки задаются программно через ретардирующие устройства.

1 2

ТГ

РД

ЭОС2

К1 К2 К3

Это устройство - ограничитель скорости предназначен для контроля скорости движения подъемного

сосуда в соответствии с тахограммой, которая задается дисками РД1 и РД2 (ретардирующие диски).

РД вращаются:

РД1 от приводного двигателя; РД2 от приводного барабана. В схему включены два ТГ. Один

соединен с валом двигателя, другой с валом барабана. Потенциометры и тахогенераторы

подключены встречно, чтобы питания реле К1 и К2 было нулевым при равенстве скоростей

(фактической и заданной). При неравенстве скоростей контакты реле К1 или К2 разомкнуться в цепи

управления. Реле К3 реле контроля целостности цепи управления. К1 или К2 включаются если

скорость превысит на 15%.

8. Принципы построения систем автоматического управления электроприводом Г-

Д П.М.

Для управления привода Г—Д с ТВ шахтного подъема применяются системы подчиненного

управления параметрами привода на основе использования элементов унифицированной блочной

системы регуляторов УБСР, УБСР-АИ.

Система подчиненного управления параметрами привода Г—Д с ТВ на элементах УБСР. Схема

принципиальная электрическая этой системы с тремя контурами подчиненного регулирования —

скорости, якорного тока, напряжения генератора приведена на рис. Обмотка возбуждения

генератора Г питается от реверсивного тиристорного возбудителя ТВГ, а обмотка возбуждения

подъемного двигателя ДП — от нереверсивного тиристорного возбудителя ТВД. Изменение частоты

вращения ДП при потоке Ф

дв ном

= const осуществляется изменением напряжения Г, подводимого к

якорю ДП, регулированием тока возбуждения генератора I

вг

через ТВГ.

Сдвигом управляющего импульса СИФУ ТВГ осуществляется управление U

и U

вг

. Согласование

мощного входа ТВГ с магнитотранзисторной СИФУ с маломощным выходом САУ осуществляется

через усилитель мощности УМ типа УПТ-5. Через такой же усилитель осуществляется согласование

входа ТВД с САУ управления током возбуждения двигателя I

вд

Замкнутая система управляет возбуждением двигателя. Задание номинального тока возбуждения

вдном

осуществляется подачей напряжения U

звном

от стабилизатора напряжения СН через выпрямитель

В на вход регулятора тока возбуждения двигателя РВТ.

Обратная связь по I

вд

снимается с шунта и вводится на второй вход РВ. Точность поддержания I

вд

достигается точностью задания U

звном

и коэффициентом усиления системы регулирования

вд

Сигнал заданной скорости на выходе САУ изменяется по программе функции времени с помощью

задатчика интенсивности ЗИ.

В каждый контур входит одна компенсируемая постоянная времени: в контур регулирования U

—Т

в контур I

—Т

, в контур n — Т

. Некомпенсируемой постоянной Т

является электромагнитная

постоянная времени ТВГ. Внутренний контур управления U

подчинен контуру управления I

задающий вход регулятора напряжения РН включен на выход регулятора тока РТ. Обратная связь по

снимается с потенциометра R

п2

и подается через датчик напряжения ДН на второй вход РН.

Контур управления I

подчинен контуру управления υ: задающий вход регулятора тока РТ включен

на выход регулятора скорости PC. Обратная связь по I

снимается с шунта Ш и подается через

датчик тока ДТ на второй вход РТ. Внешний контур управления скоростью является основным.

Задающий сигнал на вход регулятора скорости PC подается от ЗИ. Обратная связь по υ ,

осуществляемая в виде напряжения тахогенератора U

тг

, снимается с потенциометра R

п1

через датчик

напряжения ДН подается на второй вход PC.

Регуляторы скорости, тока, напряжения, регулятор тока возбуждения выполнены структурно

пропорционально-интегральным (ПИ): PC—ПИ, РТ—ПИ, РН—ПИ, РВТ—ПИ. Структура регуля-

торов обеспечивается соединением усилителей с сопротивлениями и емкостями по схеме,

приведенной на рис., где соответственно обозначены: R

зн

, R

зт

, R

зс

, R

зв

— сопротивления задания на

входах РН, РТ, PC, РВТ; С

он

, С

от

, С

ос

, С

ов

—емкости в цепях обратных связей регуляторов; R

, R

— сопротивления в обратных связях контуров по U

, I

, υ, I

. Основными параметрами,

определяющими настройку ПИ-регуляторов, являются: постоянная времени обратной связи T

постоянная времени интегрирования Т

иi

, передаточный коэффициент регулятора k

; Т

иi

= R

зi

; k

= R

зi

;

Все регуляторы выполнены на усилителях УПТ-3. Датчики напряжения ДН и тока ДТ осуществляют

гальванические развязки цепей САУ от цепей Г—Д и ТГ. Усилители УПТ-3 и УПТ-5, датчики ДН-2

и ДТ получают питание от блоков-источников питания ИП-5—ИП-7.

Поступающее от ЗИ на вход PC напряжение U

зс

заданной скорости υ

сравнивается с направленным

встречно напряжением U

ос

— обратной связи по действительной скорости υ

. При отклонении υ

от

рассогласование определяет регулирующее воздействие, равное ∆U= (U

зс

—U

o.c

)- В соответствии

с принятым законом регулирования PC «насыщается» до тех пор, пока не будет достигнуто заданное

значение скорости. Как при реакции на скачок задающего напряжения, так и при программном его

изменении выходное напряжение регуляторов выходит до максимальных значений. Напряжение на

выходе PC является задающим напряжением РТ:U

рс

= U

зт

. При движении с установившейся υ

дости-

гается величина U

рс

= U

зт

. т, требуемая для создания тока якорной цепи привода, равного

статическому I

. При разгоне и замедлении в режиме установившегося слежения υ

за υ

дости-

гается величина U

рс

= U

зт

для создания пускового тока, обеспечивающего заданное ускорение а

рз

const. При υ

>> υ

или υ

< < υ

рассогласование ∆U

возрастает настолько, что оказывается U

зт

= U

рс

max

и обеспечивается задание на нарастание тока до заданной величины. Величина темпа нарастания

тока di/dt определяется настройкой РТ и РН.

На входе РТ сравнивается величина напряжения заданного тока U

зт

= U

р.с

с напряжением обратной

связи U

от

, пропорциональным действительному току: U

от

= k

. Разность этих напряжений ∆U

зт

—U

oт

) =U

р.с

-k

определяет напряжение U

рт

на выходе РТ. При отклонении действительного

значения тока

от заданного и U

зт

> < U

рс

= U

от

формируется регулирующее воздействие U

рт

= ∆U

в соответствии с

законом регулирования контура тока. Регулятор тока насыщается до тех пор, пока не будет достиг-

нуто заданное значение I

. Напряжение U

рт

поступает на вход РН, где сравнивается с направленным

встречно напряжением U

o.н

— обратной связью по напряжению генератора U

. При U

зн

= U

рт

><U

он

возникает регулирующее воздействие ∆U

= (U

зн

—U

oн

). В соответствии с принятым законом регу-

лирования может установиться U

рн

max

и сохраняться до тех пор, пока не будет достигнуто заданное

значение напряжения генератора. Выходной сигнал РН через усилитель мощности УМ подается на

вход СИФУ ТВГ.

Построение принципиальной схемы САУ должно увязываться с технологическими ограничениями

параметров привода, например с ограничением I

я max

(dI

/dt). Трехконтурная САУ привода по системе

Г—Д при рекомендуемых в разделе настройках обеспечивает ограничение быстродействия dI

/dt без

дополнительных устройств. Время переходных процессов в приводе по системе Г—Д с ТВ и ста-

тической системой подчиненного управления так же, как и в приводе Г—Д с ТВ и САУ с

параллельной коррекцией, определяется форсировкой изменения I

в.г

и U

, коэффициентом усиления,

при астатической САУ — также постоянной времени интегрирования. В САУ с УБСР

коэффициенты усиления усилителей k

= 1000, датчиков — k

д. т

= 400. Коэффициент усиления

статической САУ для уменьшения статизма должен быть принят k

рс

= 30, а в астатической САУ k

р. с

= 5 - 10.

При движении с установившейся υ на входе PC U

з. c

= U

o. с

, требуемая величина U

р. с

= U

з. т

для

обеспечения I

= I

сохраняется за счет действия интегратора PC. При отклонении υ

от υ

изменяются U

рс

, U

рт

, U

рн

для возвращения υ

к υ

и восстановления равновесия на входе PC.

Принятая САУ с PC, РТ, РН—ПИ, многократным интегрированием обеспечивает отсутствие

статической ошибки в периоды движения с установившимися υ

max

и υ

дот

, наиболее влияющие на точ-

ность выполнения цикловой диаграммы во времени.

9. Принципы построения систем автоматического управления электроприводом

ТП-Д П.М.. Элементная база систем управления.

В тиристорном приводе постоянного тока по системе ТП—Д основными элементами являются

подъемный электродвигатель Д, а также управляемый тиристорный преобразователь ТП.

Преобразователь предназначен для преобразования переменного тока промышленной частоты в

выпрямленный постоянный ток и управления выпрямленным напряжением Ud, подводимым к

двигателю Д для регулирования его частоты вращения при постоянном потоке возбуждения Фд. Для

обеспечения двигательного и тормозного режимов работы привода должно осуществляться

управление ТП в выпрямительном и инверторном режимах.

Система управляемый выпрямитель — двигатель (УВ—Д)

Якорь подъемного двигателя в системе УВ—Д получает питание от управляемого нереверсивного

тиристорного выпрямителя U1 (рис. 1) через согласующий трансформатор Tl. Для сглаживания

пульсаций выпрямленного тока в цепи якоря двигателя М включен дроссель L. Обмотка

возбуждения двигателя получает питание от управляемого нереверсивного тиристорного выпрями-

теля U2 с согласующим трансформатором Т2. Для обеспечения необходимого закона изменения

скорости движения подъемных сосудов в периоды разгона и торможения, стабилизации скорости в

периоды равномерного движения, защиты электродвигателя от перегрузок в схеме использованы

обратные связи по скорости и току. Сигнал обратной связи по скорости в виде напряжения U

снимаемого с якоря тахогенератора BR, подается на регулятор скорости AR. Регулятор скорости

имеет характеристику П-регулятора. Сигнал обратной связи по току в виде напряжения Uд.т.

реализуется датчиком тока UA и подается на регулятор тока АА. Напряжение на выходе датчика

тока UA пропорционально току якорной цепи двигателя М. Регулятор тока имеет характеристику

ПИ-регулятора.

Управление частотой вращения подъемного двигателя может быть ручным или автоматическим.

При ручном управлении сигнал управления подается от сельсинного командоаппарата КА. При

автоматическом управлении ступенчатый сигнал управления подается от путевых датчиков и

поступает на задатчик интенсивности АJ, представляющий собой интегрирующее звено и

рис.1

предназначенный для выработки напряжения линейно меняющегося во времени. Это напряжение

подается на вход регулятора скорости AR.

Задающее напряжение U

на входе регулятора скорости AR, пропорциональное заданной скорости,

сравнивается с сигналом (напряжением) действительной скорости, измеряемой тахогенератором BR.

С выхода регулятора скорости AR, регулирующее воздействие которого определяется величиной

отклонения Δυ и принятым законом регулирования, реализуемого регулятором AR, подается на

регулятор АА. На входе регулятора тока АА регулирующее воздействие, поступающее от регулятора

AR, сравнивается с напряжением, пропорциональным току якорной цепи, снимаемого с датчика тока

UA. На выходе АА формируется регулирующее воздействие в соответствии с законом регулирова-

ния, которое подается к системе управления AU1 тиристорами выпрямителя U1 для изменения

величины выпрямленного напряжения, а следовательно, и частоты вращения подъемного двигателя

для уменьшения отклонения Δυ.

Для ограничения тока при чрезмерных нагрузках двигателя цепь обратной связи регулятора

скорости AR шунтируется двумя стабилитронами VD1 и VD2, включенными навстречу друг другу

для ограничения выходного напряжения AR обеих полярностей. При чрезмерных нагрузках ток

отсечки двигателя определяется напряжением пробоя стабилитронов.

Применение регулируемого выпрямителя в цепи обмотки возбуждения LM двигателя М позволяет

поддерживать постоянство тока в ней независимо от колебания напряжения питания и температуры

двигателя. Для этой цели используется обратная связь по току возбуждения. См. дальше

Система автоматического управления параметрами привода ТП—Д с реверсивным

преобразователем

Система автоматического управления скоростью формирует требуемые статические и

динамические характеристики привода, качество которых определяется структурой САУ и видом

входного воздействия. Основным технологическим требованиям к приводу подъемных машин

удовлетворяет двукратно-интегрирующая система подчиненного управления с задающим

воздействием, поступающим от задатчика интенсивности, формирующего сигнал задания скорости в

соответствии с требуемой диаграммой скорости подъемной установки с учетом допустимых

значений ускорения и его производной — рывка.

Функциональная схема САУ электропривода по системе ТП—Д с силовым реверсивным ТП

приведена на рис. 5.11. Задание уровня достигаемой скорости при ручном и автоматическом управ -

лении осуществляется командоаппаратом ручного управления КАР через узел задания скорости ЗС и

задатчик интенсивности ЗИ. Задание нескольких ступеней (уровней) скорости обеспечивается ЗС по

сигналам из схемы технологической автоматики при автоматическом выполнении цикла движения

машины. Задатчик ЗИ осуществляет развертку сигнала задания данного уровня скорости во времени

в соответствии с допустимыми значениями ускорения и рывка.

Сигнал с выхода ЗИ поступает на вход регулятора скорости PC, где она алгебраически суммируется

с сигналом отрицательной обратной связи по скорости. Выходное напряжение PC является заданием

тока силовой цепи двигателя. На входе регулятора тока РТ оно суммируется с сигналом обратной

связи по току.

Напряжение, снимаемые с тахогенератора ТГ и шунта силовой цепи — Шн, подаются на входы PC и

РТ через датчики напряжения ДН и тока ДТ, которые обеспечивают потенциальное разделение САУ

и схемы силовой цепи. Благодаря тому что PC и РТ приняты по структуре пропорционально-

интегральными, САУ оказывается астатической с астатизмом второго порядка: при возмущении по

заданию и по нагрузке статическая скоростная ошибка сводится к нулю. Выходной сигнал РТ

является управляющим сигналом для ТП. Изменение величины и знака этого сигнала определяет

фазосмещение отпирающих импульсов СИФУ в выпрями-

Рис. 5.11. Функциональная схема САУ привода по системе ТП—Д с силовым реверсивным

ТП:

ТС — трансформатор силовой; СИ — срыв импульсов; УПГ — управление переключением групп

преобразователя; УПТ — управление фазосмещением преобразователя; Iв.д — ток возбуждения

двигателя; РО — блоки ограничения; n

, n

с.д

— сигналы заданной и действительной скорости; Iя.з,

Iя.д — сигналы заданного и действительного якорного тока; Iв.з, Iв.д — сигналы заданного и

действительного тока возбуждения; ДТВ — датчик тока возбуждения.

тельной и инверторной области регулирования напряжения ТП. Управление переключением групп

ТП для изменения знака момента двигателя осуществляется усилителем У, выходное напряжение

которого изменяет свой знак при изменении знака напряжения PC.

При остановке привода для обеспечения отсутствия тока двигателя с ТП снимаются управляющие

импульсы. Для этой цели служит нуль-индикатор ИН, имеющий три входа и работающий по схеме

ИЛИ. Индикатор срабатывает при появлении на любом из его входов сигнала 0,3—0,5 В. На входы

ИН подаются следующие сигналы: с ЗС о включении привода; с ЗИ о появлении напря жения

задания скорости; из схемы технологической автоматики о снятии рабочего тормоза. При останове

привода все сигналы на входе ИН отсутствуют, включается бесконтактное реле БР, которое выдает

сигнал на срыв импульсов обеих групп ТП и шунтирует конденсаторы в цепях обратных связей PC и

РТ, устанавливая нулевые начальные условия в САУ. При появлении сигнала на одном из входов ИН

бесконтактное реле отключается (его ключи закрываются) и схема готова к нормальной работе.

Схема управления возбуждением двигателя обеспечивает поддержание тока возбуждения Iв.д на

заданном уровне с высокой степенью точности, а также форсированное нарастание Iв.д до но-

минального значения Iв.ном при пуске. При включении схемы еще при неподвижном двигателе на

вход усилителя задания величины тока возбуждения РОВ подается сигнал задания половины

номинального тока возбуждения. При пуске по сигналу из схемы автоматики на вход усилителя РОВ

подается напряжение, которое суммируется с уже имеющимся на входе РОВ, и Iв форсированно

увеличивается до Iв.ном

Регулятор тока возбуждения РВ пропорционально-интегральный, что обеспечивает отсутствие

ошибки после отработки задания. Выходной сигнал регулятора является управляющим для неревер-

сивного тиристорного возбудителя ТВ, питающего обмотку возбуждения двигателя ОВД.

Напряжения регуляторов скорости и тока могут быть ограничены схемами регулируемого

ограничения РО. Ограничением PC задается величина максимально допустимого тока в силовой

цепи двигателя. Ограничение РТ и РВ предотвращает подачу на вход СИФУ силового

преобразователя и СИФУ возбудителя напряжения управления, большего, чем требуется для

полного их открывания.

Конструктивно САУ представляет собой унифицированную блочную систему регуляторов,

собранную из бесконтактных аналоговых унифицированных элементов — ячеек УБСР-АИ.

10. Разновидности электроприводов шахтных электровозов. Характеристики

электропривода и предъявляемые к нему требования.

Для перемещения полезных ископаемых на шахтах и рудниках широко используется электровозная

откатка, которая осуществляется контактными или аккумуляторными электровозами. В состав

электровозной откатки входит: подвижной состав (электровоз и вагоны), источник электрической

энергии и тяговая сеть (питающие провода и рельсовый путь).

Электропривод электровоза должен создавать как тяговое, так и тормозное усилие в процессе его

движения (спуск, подъём), т. е. он должен работать как в двигательном, так и в тормозном режиме и

быть реверсивным.

Тяговые электродвигатели должны иметь высокую механическую прочность, как-так они в период

движения испытывают постоянную тряску, частые толчки и удары из-за неровностей рельсового

пути. Для исключения попадания вовнутрь электродвигателя пыли, влаги они должны быть закры-

того исполнения. Тяговые электродвигатели должны обладать высокой перегрузочной способностью

из-за необходимости развивать значительную силу тяги в период пуска и движения при преодолении

больших подъемов, малой чувствительностью к резким падениям напряжения сети, малой массой и

габаритами из-за ограниченного пространства для их установки, высоким к. п. д. и

характеристиками, обеспечивающими использование их мощностей при различных условиях

движения.

Шахтные электровозы оснащаются электродвигателями постоянного тока с последовательным

возбуждением, которые имеют ряд преимуществ по сравнению с двигателями постоянного тока с

параллельным возбуждением и электродвигателями переменного тока.

Эти достоинства состоят в следующем. Как правило, электропривод электровоза

многодвигательный, имеющий механическую связь между двигателями через ведущие колесные

пары и рельсы (рис. 5.3). Независимо от способа расположения электродвигателей относительно

ведущих осей электровоза возникает проблема выравнивания нагрузок между двумя или более

двигателями. Эта неравномерность загрузки тяговых электродвигателей объясняется разницей

диаметров движущихся колес и расхождением в электромеханических характеристиках. При

параллельном соединении тяговых электродвигателей неравномерное распределение нагрузок

проявляется в потреблении

электродвигателями различных токов. Допустим, что электровоз оборудован тяговыми

электродвигателями с последовательным возбуждением, с одинаковыми механическими характери-

стиками, но с разными диаметрами ведущих колес. Первый двигатель вращает колесную пару с

диаметром колеса D2 большим, чем диаметр DI колеса второй колесной пары. Так как скорость

поступательного движения всех колесных пар одинакова, то при неодинаковых диаметрах колес

частоты их вращения обратно пропорциональны диаметрам. Таким образом, якорь первого

двигателя будет иметь угловую скорость ω2, которая меньше угловой скорости ω1 второго

электродвигателя. Токи потребляемые электродвигателями из сети, находятся по характеристикам

1 и 2 (рис. 5.4). По характеристике 1 находится неравномерность загрузки электродвигателей

постоянного тока с последовательным возбуждением а по характеристике 2 — электродвигателей

постоянного тока с параллельным возбуждением. В первом случае разность токов двигателей со-

ставляет ∆I, а во втором случае ∆I’, что указывает на преимущества двигателей постоянного тока с

последовательным возбуждением по сравнению с электродвигателями независимого возбуждения.

Аналогично можно показать, как влияют на неравномерность загрузки электродвигателей

неодинаковость их механических характеристик. Для тяговых двигателей допускается отклонение

угловой скорости до ±4% типовой характеристики (рис. 5.5). Так как угловая скорость обоих

электродвигателей должна быть одинакова, то для электродвигателей с последовательным

возбуждением (характеристики 1 и 1') перегрузка одного из них будет определяться величиной

∆I=I

-I

, в то время как для электродвигателей с параллельным возбуждением (характеристики 2 и 2')

перегрузка последних будет значительно большей и составлять ∆I’=I’

-I’

Рис. 5.4. Кривые влияния различия в диаметрах движущих колес на нагрузку двигателей

Рис. 5.5. Кривые влияния различия в характеристиках двигателей на их нагрузку

Таким образом, чем больше жесткость электромеханической характеристики электродвигателя, тем

больше разница в токах и силе тяги параллельно соединенных электродвигателей. Следовательно,

наименьшую неравномерность в распределении токов будет иметь электродвигатель с

последовательным возбуждением. Большая неравномерность в нагрузках приводит к перегреву

более загруженного двигателя и к буксованию его колесной пары.

Рассмотрим теперь влияние колебания напряжения сети на работу электропривода электровоза. При

постепенном снижении напряжения сети из-за удаления электровоза от пункта питания, т. е. с

увеличением падения напряжения, скорость движения электропоезда снижается при любой системе

электропривода. При электродвигателе с последовательным возбуждением, если считать нагрузку

постоянной, ток электродвигателя остается без изменения, так как М

, т. е. колебания на-

пряжения сети не влияют на ток двигателя. Для электродвигателей с параллельным возбуждением

снижение напряжения сети приводит не только к снижению скорости, но и к снижению

электромагнитного момента M

= ck

UI, а при сохранившейся нагрузке на ободе ведущего колеса

вызовет необходимость увеличения тока якоря электродвигателя для сохранения постоянства

тягового усилия. Следовательно, снижение напряжения сети вызовет дополнительную нагрузку

электродвигателей, дальнейшее снижение напряжения, перегрузку электродвигателей, контактной

сети и подстанции.

Таким образом, применение электродвигателей постоянного тока с последовательным возбуждением

в качестве электропривода электровозов вместо электродвигателей с параллельным возбуждением

позволяет иметь меньшую мощность преобразовательной подстанции, меньшее сечение контактных

проводов и кабелей; при одной и гой же мощности тяговых подстанций на линию может быть

выведено большее число подвижного состава или при одном и том же числе подвижного состава

потребуется меньшая мощность тяговых подстанций.

При резком изменении напряжения в контактной сети броски тока в цепи якоря двигателя будут

различными. Ток, в электродвигателе с

последовательным возбуждением будет меньше,

чем в двигателе с параллельным возбуждением, так

как цепь якоря первого двигателя обладает

большим индуктивным сопротивлением (обмотка

якоря и обмотка возбуждения) по сравнению со

вторым двигателем, имеющим лишь индуктивность

обмотки якоря. Поэтому протекание переходных

процессов в электродвигателе с последовательным возбуждением происходит в более

благоприятных условиях, что повышает эксплуатационную надежность электропривода.

Перечисленные положительные качества двигателей постоянного тока с последовательным

возбуждением предопределили их широкое распространение в качестве электропривода рудничной

электровозной откатки.

В рудничной электровозной тяге применяются тяговые электродвигатели на напряжение до 250 В

для контактных электровозов в рудничном нормальном исполнении, а для аккумуляторных

электровозов — в рудничном взрывобезопасном исполнении на напряжение от 40 до 200 В. Тяговые

электродвигатели выполняются горизонтальными, закрытого типа, невентилируемые (с

естественным охлаждением) с одним свободным концом вала, в особо прочном корпусе.

11. Способы управления электроприводом электровозов.

Электропривод электровозов работает в различных режимах (двигательном или тормозном),

обеспечивая разгон, торможение и движение электропоезда с установившейся скоростью. Для

выполнения этих операций необходимо изменять форму механических или электромеханических

характеристик, с тем чтобы изменять тяговое усилие и частоту вращения электродвигателя и чтобы

последний работал на искусственных характеристиках. Искусственные характеристики могут быть

получены изменением подводимого к якорю электродвигателя напряжения, введением в цепь якоря

добавочного резистора, последовательным и параллельным соединением тяговых электродвигателей

и импульсным регулированием.

Наиболее широко в тяговом электроприводе распространен метод регулирования скорости

введением в цепь его якоря добавочного резистора. При таком методе регулирования скорости для

обеспечения плавного разгона с постоянным ускорением используется большое число ступеней

пускового резистора. Это увеличивает габариты установки и снижает надежность электропривода.

Снижение числа ступеней пускового резистора может быть обеспечено изменением схемы

соединения тяговых электродвигателей. В начале разгона тяговые электродвигатели включаются

последовательно, что уменьшает напряжение, подводимое к якорю каждого двигателя, в 2 раза при

двухдвигательном электроприводе, а разгон до половинной скорости осуществляется пусковыми

резисторами. Дальнейший разгон электродвигателей до максимальной частоты вращения осущест-

вляется теми же пусковыми резисторами, но уже при параллельном соединении электродвигателей,

т. е. при полном напряжении сети. Такой переход схемы соединения тяговых двигателей с

последовательного на параллельный в период пуска электровоза не только повышает плавность

разгона при ограниченном числе ступеней пускового резистора, но и улучшает энергетические

показатели электропривода.

Рассмотрим сначала пуск тяговых электродвигателей, включенных параллельно, т. е. на полное

напряжение сети. В этом случае в начале пуска (при t=0) мощность, потребляемая из сети, идет на

нагрев пускового резистора и обмоток якорей электродвигателей:

Мощности, соответствующие этому моменту времени, представлены на рис. 5.6, а отрезками 0В, АВ

и ОА. Так как напряжение сети и пусковой ток на период пуска приняты постоянными, то отрезок

ВС изображает зависимость электрической мощности, потребляемой из сети, от времени Pc = f(t).

После окончания пуска (t = tn) пусковой резистор отключен (Rп = 0) и мощность, потребляемая из

сети, равна мощности, идущей на создание электромагнитного момента электродвигателя, и мощ-

ности потерь в цепи якоря электродвигателя.

Электромагнитная мощность электродвигателя пропорциональна частоте вращения, поэтому закон

изменения ее во времени может быть получен соединением точки О и F прямой линией. Если из

электромагнитной мощности вычесть механические потери, то получим закон изменения полезной

мощности на валу электродвигателя.

Можно показать, что в период пуска тяговых электродвигателей приблизительно 50 %

электрической энергии, потребляемой ими из сети, идет на потери энергии в пусковом резисторе

(площадь ABC).

При последовательном соединении тяговых электродвигателей в начальный момент пуска через

каждый двигатель протекает пусковой ток Iп, а к якорям каждого двигателя прикладывается

половинное напряжение сети. Следовательно, потребляемая из сети мощность будет в 2 раза

меньше, чем при параллельном соединении якорей электродвигателей. Эта мощность выражается

отрезком 0В (см. рис. 5.6, б). Зная потери в якорях электродвигателей 2r

откладываем на оси

ординат отрезок ОА, равный этим потерям. После окончания пуска, т. е. через время t=tn, тяговые

электродвигатели будут работать с полным напряжением и потребляемая ими мощность будет равна

2UI

, что соответствует отрезку GE. Откладывая из точки Е электрические потери в тяговых

электродвигателях, находим точку F и, соединяя ее с точкой О, определяем закон изменения

электромагнитной мощности в период пуска. В интервале времени t=t1 электродвигатели соединены

последовательно, а увеличение скорости обеспечивается уменьшением сопротивления пускового

резистора до нуля. В точке С происходит переключение электродвигателей с последовательного на

параллельное соединение с одновременным введением пускового резистора. Потребляемая

мощность электродвигателями увеличивается до значения 2UI

и сохраняется такой до завершения

пуска, когда пусковой резистор полностью выведен (Rп=0). Потери энергии при пуске в этом случае

определяются площадями ABC и CDE, т. е. потери энергии уменьшаются и составляют

приблизительно 33 % энергии, подведенной к тяговым электродвигателям. Таким образом,

применение перегруппировки тяговых электродвигателей, помимо экономии электроэнергии при

пусках, позволяет получить пониженные скорости движения с высоким к. п. д.

Для снижения скорости движения электровоза перед криволинейными участками пути, стрелками,

крестовинами и перед остановкой, а также для поддержания ее постоянной при движении вниз по

уклону применяется электрическое торможение. Из известных режимов электрического торможения

наибольшее применение в электровозном транспорте нашел способ электродинамического

торможения с Самовозбуждением, называемый еще ,резисторным. Для реализации этого режима

электродвигатели должны быть отключены от сети, а их якори включены на добавочный резистор.

На рис. 5.7 показаны принципиальные схемы перехода из тягового режима в режим

электродинамического торможения с

самовозбуждением с одним тяговым электродвигателем. Вначале электродвигатель работает в

тяговом режиме, которому соответствует схема на рис. 5.7, а. Затем тяговый электродвигатель

отключается от сети и его якорь замыкается на добавочный резистор Rт. Якорь электродвигателя

продолжает вращаться по инерции, и э. д. с., создаваемая в нем остаточным магнитным потоком,

сохраняет свое направление, что и в тяговом режиме. Поэтому, чтобы сохранить прежнее на-

правление тока в обмотке возбуждения электродвигателя при переходе в режим

электродинамического торможения, необходимо переключить либо концы катушек главных

полюсов (рис. 5.7, б), либо концы обмоток якоря (рис. 5.7, в). Если таких переключений не сделать,

то ток, создаваемый остаточной э. д. с., изменит свое направление и, протекая через обмотку

возбуждения, размагнитит магнитные полюса. Электродвигатель становится неуправляемым, так как

тормозной момент не создается.

На рис. 5.8, а показана электрическая схема электровоза с двухдвигательным электроприводом. При

переходе в режим динамического торможения собирается схема с перекрестно-петлевым их

соединением (см. рис. 5.8, б). При такой схеме переключения ток I1 якоря первого электродвигателя

Ml проходит через обмотку возбуждения LM2 второго электродвигателя М2, а ток якоря I2 второго

электродвигателя — через обмотку возбуждения LM1 первого электродвигателя Ml и обеспечивает

надлежащее намагничивание обмоток возбуждения без их переключения и равенство тормозных

моментов М1 и М2.

Бесступенчатое регулирование частоты вращения тяговых электродвигателей шахтных электровозов

может быть осуществлено импульсным методом. Сущность этого метода заключается в

поочередном включении или отключении

тягового электродвигателя от источника

напряжения или периодическом подключении

или отключении резистора в якорной цепи

двигателя. В первом случае при подключении

двигателя к источнику питания он развивает

силу тяги больше силы сопротивления и

поэтому ускоряется, а в период отключения

замедляется, так как сила тяги уменьшается.

Величина средней скорости движения

электровоза при этом будет зависеть от

продолжительности ускоренного и

замедленного движений. Поэтому частоту

вращения тягового двигателя можно регулировать соответствующим изменением соотношения

между длительностями ускоренного и замедленного движений. На рис. приведена схема

электропривода с импульсным регулированием напряжения. В данной схеме VS1 — основной

тиристор в цепи якоря тягового электродвигателя; VS2 — вспомогательный тиристор в цепи

коммутации; VD1 — диод в цепи резонансного контура коммутации, предназначенный для коле-

бательного перезаряда конденсатора; L и С — индуктивность и емкость колебательного контура

коммутации; VD2 — диод, шунтирующий якорь тягового электродвигателя и его обмотку

возбуждения LM.

Регулирование угловой скорости тягового двигателя по этой схеме производится следующим

образом. Вначале тиристоры VS1 и VS2 закрыты, а конденсатор С не заряжен. При включении

привода начальный отпирающий импульс от устройства управления подается на управляющий

электрод вспомогательного тиристора VS2, при открывании которого происходит заряд

коммутирующего конденсатора С до напряжения источника питания. Верхняя обкладка

конденсатора приобретает положительный потенциал, и после заряда конденсатора ток

прекращается. Затем поочередно от системы управления подаются отпирающие импульсы на

тиристоры VS1 и VS2. При подаче отпирающего импульса на управляющий электрод основного

тиристора VS1 последний откроется и подключит якоря тягового двигателя на полное напряжение

источника питания. Ток через тиристор VS1 и якорь двигателя М проходит до тех пор, пока на

управляющий электрод вспомогательного тиристора VS2 не поступит отпирающий импульс от

управляющего устройства. Одновременно с током якоря протекает ток перезаряда конденсатора по

цепи, образованной конденсатором С, индуктивностью L и диодом VD1. По окончании процесса

перезарядки конденсатор С получает положительный потенциал на нижней его обкладке. При

открывании вспомогательного тиристора VS2 ток разряда конденсатора становится равным теку-

щему значению тока нагрузки и к основному тиристору VS1 прикладывается обратное напряжение,

вызывающее его запирание. Верхняя обкладка конденсатора вновь приобретает положительный

потенциал. В период запертого состояния основного тиристора VS1 ток в якорной цепи тягового

двигателя под действием э. д. с. самоиндукции протекает через шунтирующий диод VD2.

12. Нерегулируемый электропривод шахтных конвейеров, проблемы пуска

электропривода.

Привод ленточного (скребкового) конвейера предназначен для передачи ленте (цепи) тягового

усилия, сообщения ей необходимой скорости и обеспечения режимов пуска и останова. Привод

ленточного (скребкового) конвейера состоит из электродвигателя, редуктора, муфты и тормоза. В

состав привода конвейера может быть введена гидравлическая или электромагнитная муфта.

Определение составных элементов привода ленточных (скребковых) конвейеров и выбор системы

управления ими должны базироваться на знании: режима работы конвейера; числа приводных

барабанов и электродвигателей; месторасположения приводных барабанов; условий работы.

Рассмотрим влияние вышеперечисленных факторов на элементы привода конвейера и системы

управления им.

Режим работы конвейера характеризуется:

 продолжительной работой в течение значительного промежутка времени, так как загрузка,

транспортирование и разгрузка осуществляются непрерывно, без остановок.

 редкими пусками и остановами, что объясняется продолжительным режимом работы конвейера

 постоянством направления движения тягового органа конвейера, что обусловливает применение

нереверсивной схемы управления электродвигателем;

 неравномерностью нагрузки. Это в первую очередь касается скребковых конвейеров, работающих

в комплексе с очистными комбайнами или стругами.

 сравнительно тяжелыми условиями пуска. Тяжелый пуск — это пуск конвейера под нагрузкой,

объясняемой наличием груза на ленте или ставе скребкового конвейера после аварийной его

остановки.

Условия, в которых эксплуатируются шахтные конвейеры, характеризуются большой стесненностью

рабочего места и его непостоянством, различным наклоном и протяженностью горных выработок,

запыленностью и влажностью окружающей среды, химической активностью шахтных вод,

механическим воздействием от обрушающихся кусков горных пород, взрывоопасностью рудничной

атмосферы, внезапностью выбросов угля и газа.

Конвейеры, установленные на поверхности шахт и рудников или на обогатительных фабриках, не

подвержены вышеперечисленным воздействиям и поэтому условия их эксплуатации значительно

лучшие.

Условия эксплуатации, режимы работы и конструктивные исполнения приводных станций

скребковых и ленточных конвейеров формируют следующие требования, предъявляемые к их

электроприводам:

 использование в качестве электропривода рудничных и взрывозащищенных электродвигателей

повышенной надежности под землей и защищенных или нормального исполнения

электродвигателей на поверхности. Те же требования предъявляются и к аппаратуре управления

электродвигателями;

 обеспечение высокой перегрузочной способности при возможно меньших пусковых токах;

 обеспечение плавности пуска;

равномерное распределение нагрузки между электродвигателями при многодвигательном

электроприводе

Основным видом привода конвейеров и питателей в настоящее время служит электропривод

переменного тока. Применение асинхронного короткозамкнутого электродвигателя позволяет

ликвидировать коллектор, имеющийся у двигателя постоянного тока и щетки — у асинхронного

двигателя с фазным ротором, упростить конструкцию, повысить надежность и уменьшить (для

одинаковых мощностей) габаритно-весовые показатели электропривода. Особенно это относится к

электродвигателям взрывозащищенного исполнения, широко используемым на шахтах, опасных по

газу или угольной пыли. Такие двигатели, специально предназначенные для привода конвейеров,

имеют высокую перегрузочную способность и высокие пусковые моменты при сравнительно низких

пусковых токах. Кратность начальных пусковых моментов конвейерных электродвигателей

находится в пределах 2,5—3,0, что обеспечивает пуск загруженных конвейеров. Однако наличие

слабины скребковой цепи или ленты конвейера и при запуске конвейера в холостую, резкое

приложение повышенного движущего момента могут вызвать значительную динамическую

перегрузку в ленте или цепи. Поэтому прямой пуск конвейера возможен лишь для конвейеров малой

длины, у которых слабина цепи или ленты незначительна.

Для пуска длинных конвейеров необходимо плавное приложение движущего момента, что позволит

снизить перенапряжения в тяговом органе, вызываемые упругими деформациями. С этой целью

между двигателем и приводным барабаном устанавливается гидро- или электромагнитная муфта.

Применение муфт позволяет не только обеспечить плавный пуск и снижение динамических

перегрузок, но и ликвидировать пробуксовку ленты, крайне опасную для ленточных конвейеров.

По быстродействию, простоте управления и эксплуатации

электромагнитные муфты скольжения превосходят

гидромуфты, -но имеют серьезный недостаток — высокую

стоимость и большие габариты, которые соизмеримы со

стоимостью и габаритами приводного асинхронного двигателя.

На рис. показана одна из типовых схем. Управление

асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором осуще-

ствляется с помощью магнитного пускателя. Под управлением:

в данном случае подразумеваются операции пуска и останова

электродвигателя, а следовательно, и конвейера, а также

отключение электродвигателя от сети при нарушении нормаль-

ного режима работы. Пуск электродвигателя производится кнопкой SB1, останов — кнопкой SB2.

Подключение статора

электродвигателя и

отключение осуществляется

линейным контактами КМ

магнитного пускателя,

приводимыми в движение

контактором КМ. Защита

электродвигателя от токов к. з.

осуществляется блоком УМЗ

(устройство максимальной за-

щиты), на входы которого

включены трансформаторы

тока ТА1 и ТА2, а на выходе

— размыкающий контакт

УМЗ, находящийся в цепи

управления. Защита

электродвигателя от пе-

регрузки осуществляется тепловыми реле FR1 и FR2, а от снижения напряжения — контактором

КМ. Защита цепей управления и понижающего трансформатора Т от токов к. з. выполнена плавкими

предохранителями FU1 и FU2.

Электроприводы шахтных ленточных и скребковых конвейеров выполняются как

однодвигательными, так и многодвигательными. Число

электродвигателей в одном приводе может достигать

пяти.

В этом случае результирующая механическая характери-

стика многодвигательного электропривода получается

суммированием характеристик отдельных

электродвигателей. Однако следует иметь в виду, что

даже при одинаковых паспортных данных

электродвигатели будут иметь разные параметры. По-

следнее обстоятельство будет служить причиной

неравномерного распределения нагрузки между

двигателями. Согласно ГОСТ 183—74 для асинхронных

двигателей с короткозамкнутым ротором допускается

отклонение номинальных скольжений в пределах ±20 %.

Рассмотрим двухдвигательный привод конвейера, состоящий из двух асинхронных двигателей с

короткозамкнутым ротором, имеющих жесткую связь между собой. Рабочие части механических

характеристик показаны на рис. отрезками прямых ОА и ОВ. Неодинаковость номинальных

скольжений электродвигателей приводит к тому, что при совместной их работе при номинальном

моменте один из двигателей, а другой— недогружен.

Длительная эксплуатация такой системы невозможна, так как может привести к выходу из строя

перегруженного электродвигателя. Поэтому решение проблемы выравнивания нагрузок между

асинхронными короткозамкнутыми двигателями, работающими на один вал— задача первостепен-

ной важности. С этой целью могут быть применены различные устройства (гидро-,

электромагнитные муфты).

В последнее время появились тиристорные схемы управления асинхронными двигателями как с

фазным, так и с короткозамкнутым ротором. Такие схемы позволяют автоматически изменять

жесткость механических характеристик, поддерживая тем самым равномерную загрузку каждого из

приводных двигателей.

13. Регулируемый электропривод конвейеров, области его применения.

Рост производительности и длины конвейеров приводит к росту мощности приводных двигателей, а

следовательно, применение в системах электропривода промежуточных муфт (гидравлических,

электромагнитных и других типов) становится экономически невыгодным. Поэтому в качестве

электропривода для таких конвейеров применяется асинхронный двигатель с фазным ротором.

Повышение пускового момента в таком приводе достигается введением резисторов в цепь ротора, а

плавность — увеличением числа ступеней (от 10 до 24). Увеличение длительности пуска не

сказывается на производительности конвейера, но вызывает значительное снижение динамического

момента, а следовательно, и динамических усилий в тяговом органе в период пуска и повышает срок

его службы.

Обзор технологических схем шахтного конвейерного транспорта и анализ режимов работы

отдельных его звеньев позволили установить, что из-за специфических условий конвейеры

постоянно недоиспользуются по производительности. Это в первую очередь объясняется

неравномерной работой добычных машин.

Для достижения - возможно полной загрузки конвейеров при неравномерных грузопотоках

возникает необходимость в регулировании их производительности от фактического поступления

груза.

Основным параметром для автоматического регулирования производительности конвейеров на

транспортных линиях с неравномерным потоком является скорость движения грузонесущего органа.

Так как регулирование скорости обеспечивает равномерную загрузку конвейера, то сопротивления

движению практически постоянны. Следовательно, приводы конвейеров должны обеспечивать

регулирование скорости движения грузонесущего органа при постоянном моменте на его валу, т. е.

при постоянном натяжении независимо от диапазона регулирования скорости. Одновременно со

снижением скорости движения тягового органа, вызванным снижением производительности

добычной машины, увеличивается срок ее службы, так как сокращается частота огибания лентой

барабанов. Срок службы ленты при этом увеличивается почти пропорционально уменьшению ее

скорости. А это особенно важно, так как стоимость ленты конвейера составляет от 40 до 75 % .

стоимости всей конвейерной установки, в зависимости от длины транспортирования. В равной

степени снижается износ и механической части оборудования.

Поэтому в качестве электропривода ленточных конвейеров становится целесообразным применение

регулируемого электропривода. Для ленточного конвейера может быть использован- электропривод

переменного тока на базе асинхронного двигателя с

фазным ротором по системе асинхронного вентильного

каскада (АВК). Исходя из принципа работы системы

АВК, напряжение ротора на выходе выпрямителя

уравновешивается напряжением инвертора и падением

напряжения в цепи постоянного тока.

Механические характеристики АВК приведены на рис..

Анализ механических характеристик системы АВК по-

казывает, что жесткость механических характеристик во

всем диапазоне регулирования скорости привода

достаточно высока, правда, несколько меньше жесткости

естественной характеристики 1, но не уступает

жесткости механических характеристик электропривода

по системе генератор — двигатель (Г—Д).

Асинхронно-вентильный каскад состоит из асинхронного

двигателя АД, вентильного преобразователя В, инвертора

И, сетевого трансформатора Тр (рис.). Эта схема

относится к категории каскадов с промежуточным

звеном постоянного тока. Вентильный преобразователь В

является неуправляемым и предназначен для

выпрямления тока ротора, имеющего частоту

скольжения. Затем выпрямленный ток с помощью

инвертора И преобразуется в переменный ток частотой,

равной частоте сети. Для сглаживания выпрямленного

тока включен дроссель Др.

Принцип действия каскада заключается в следующем. В

цепь выпрямленного тока ротора вводится с помощью

инвертора И регулируемая добавочная э. д. с.

14. Регулируемый привод буровых установок: ротора, лебедки и насоса.

15. Электропривод буровых установок электробура и подъемной лебедки.

В настоящее время на буровых установках используется роторное бурение, которое составляет

45%, и бурение с помощью Турбобуров – 25% и Электробуров 5%.

Роторное:

Привод ротора построен на базе АД с коробкой передач или используется привод ТПД с реверсом

поля; В Приводе лебедок применяется АД с ФР (4 ступени) либо ТП-Д с рев. поля или АД с

тиристорным коммутатором в роторной цепи.

На установках с глубинами от 2000 до 4000 м технико-экономические расчеты показывают

целесообразность применение частично регулируемых электроприводов переменного тока. Для

буровых лебедок таких установок перспективен привод от асинхронного двигателя с фазным

ротором, управление которым осуществляется при помощи регулятора скольжения в цепи ротора

(АД-ТРС). Такой привод позволяет регулировать частоту вращения двигателя при частичной

нагрузке, что особенно важно при групповом приводе для вращения ротора. Применение ТРС дает

возможность реализовать наиболее простой и экономичный тип электропривода буровой лебедки.

Функциональная схема электропривода приведена на рис. 1.

Асинхрон. двигатель с фазным ротором подключен к сети через реверсор. В цепь ротора двигателя

включен трехфазный управляемый выпрямитель УВ, собранный по мостовой схеме. Нагрузкой для

выпрямителя служат пусковые сопротивления Rl, R2, R3. В процессе пуска электропривода

напряжение и его частота в роторной цепи изменяется в очень широкие пределах. Поэтому для

управления УВ применена специальная система импульсно-фазового управления (СИФУ),

построенная по вертикальному принципу. В связи с тем, что для синхронизации СИФУ и питания

генератора опорного напряжения используется напряжение, пропорциональное роторному

напряжению двигателя, такая СИФУ обеспечивает регулирование угла управления выпрямителя в

диапазоне от 0 до 180 при изменении частоты напряжения ротора от 5 до 50 Гц и напряжении 2 - 100

% от номинального. При частотах, меньших 5 Гц, и напряжении ротора, меньшем 2 - 3 % от

номинального, СИФУ переходит в режим генерации сплошных сигналов на тиристоры, обеспечивая

полное открытие выпрямителя.

Напряжение задания со СКАР изменяется в соответствии с положением его ручки. Это напряжение

при помощи фазочувствительного выпрямляющего устройства (ФВУ) преобразуется в постоянное

напряжение, пропорциональное положению ручки СКАР. Для обеспечения плавности изменения

задающего сигнала при быстром перемещении ручки СКАР используется аппериодическое звено,

являющееся своеобразным задатчиком интенсивности (ЗИ). Сигнал на выходе ЗИ пропорционален

заданной частоте вращения Uзи=k

. На входе первого узла сравнения УС1 этот сигнал

алгебраически складывается с постоянным сигналом смещения, величина которого

пропорциональна максимальной скорости Uсм=к

max

. Поэтому на входе второго узла сравнения

УС2 имеется сигнал, пропорциональный заданной величине скольжения Uз.ск=k

max

S3. Во время

пуска при повороте ручки СКАР на полный угол задаваемая скорость изменяется от нуля до, ω

max

задаваемое скольжение - от единицы до нуля. В качестве обратной связи по скольжению в САР

используется сигнал, пропорциональный напряжению ротора, которое преобразуется при помощи

датчика скольжения ДСК. Величина этого сигнала при пуске, так же как и скольжения, изменяется

от максимального значения в начальный момент пуска практически до нуля при зашунтированном

роторе. Применение САР, замкнутой по скорости, позволяет получить необходимую жесткость

характеристик при заданном диапазоне изменения момента нагрузки. В САР использован

пропорциональный регулятор скольжения РСК, выходной сигнал которого управляет СИФУ и

логическим устройством ЛУ.

В исходном положении величина U=Uзcк-Uoc.cк выбирается так, чтобы УВ был закрыт.

При увеличении сигнала СКАР сигнал задания скольжения будет плавно уменьшаться. Благодаря

этому, угол управления УВ уменьшается, а напряжение на его выходе увеличивается, обеспечивая

плавное нарастание момента двигателя до трогания о последующим разгоном по регулировочным

характеристикам в зоне, ограниченной реостатной характеристикой, соответствующей полному

пусковому сопротивлению (R1+R2+R3) в цепи ротора. При выходе двигателя на реостатную

характеристику разность между сигналами Uзcк и Uoc.cк становится практически равной нулю.

Сигнал на выходе РСК близок к нулю, на его выходе формируется сигнал логической единицы U

лу

запускающий первый счетчик СЧ1. Сигнал этого счетчика запускает первый формирователь

импульсов шунтировки ФИШ1, импульсы которого отирают первый Шунтирующий тиристор VS1.

Тиристор открывается и часть пускового сопротивления R1 шунтируется. Это приводит к

некоторому возрастанию силы тока в роторной цепи. Благодаря тому, что первая производная этой

величины больше нуля, напряжение на кольцах ротора скачкообразно снижается. Сигнал обратной

связи Uoс.cк также уменьшается, что приводит к увеличению сигнала на выходе РСК. Благодаря

этому, на выходе ЛУ появляется сигнал логического нуля, но импульсы с VS1 не снимаются, и он

остается открытым. Кроме того, ненулевой сигнал на выходе РСК увеличивает угол срабатывания

альфа, частично закрывая УВ. Закрытие преобразователя при срабатывании шунтирующего

тиристора предотвращает появление скачков тока в роторе. Так как задающий сигнал продолжается

увеличиваться, происходит дальнейший разгон по регулировочным характеристикам в зоне,

ограниченной реостатной характеристикой, соответствующей включенному сопротивлению R1+R2.

Срабатывание второго шунтирующего тиристора VS2 и все сопутствующие ему процессы при

выходе двигателя на эту реостатную характеристику происходят аналогично рассмотренным. Далее

происходит процесс разгона двигателя до реостатной характеристики с сопротивлением R3 и

срабатывание последнего шунтирующего тиристора VS3. При этом: УВ полностью закорачивается,

обеспечивая выход двигателя на характеристику, близкую к естественной.

Для вывода двигателя на пониженную скорость СКАР устанавливается в промежуточное положение.

При этом разгон двигателя закончится на одной из регулировочных или реостатных характеристик.

Таким образом, разработанная система АД - ТРС позволяет формировать пусковые харак теристики

асинхронного двигателя с практически постоянным динамическим моментом, обеспечивая плавный

пуск, выбор люфтов, предварительное натяжение каната, работу на пониженных скоростях.

Однако следует иметь в виду, что введение в цепь ротора вентильного преобразователя снижает

перегрузочную способность асинхронного двигателя и увеличивает потери в двигателе от высших

гармоник.

До настоящего времени на некоторых буровых установках в приводах лебедок используются

синхронные двигатели с электромагнитными муфтами и индукционными или ферропорошковыми

тормозами.

В приводе насоса используется двухдвигательные системы с СД(2 насоса) и ТП-Д с реверсом поля.

Для привода подачи используются системы Г-Д и ТП-Д.

Турбобур: Привод насоса на базе АДФ схема АВК

Привод лебедки ТП-Д с реверсом поля

Привод подачи ТП-Д с реверсом поля и ТП-Д отдельно от привода лебедки для тяжелых

машин

Буровые установки БУ2000(2500,3000, 4000 и т.д до 10000)

Обсадные

трубы

барабан ротор тормоз

двигатель

Буровая колонна

Рессорный датчик

веса

(Г-Д)

Электробур: те же системы приводов, что и в Турбобуре. Используется трансформатор с большим

количеством отпаек напряжение 600-1100В. Двигатели со скоростью вращения 750, 950, 1000об/мин

и 2 Контакторами(на дигателе). Подъемная лебедка регулируемая АД с ФР 3-4 ступени. Подача

привод постоянного тока (Г-Д и тп.)

штанга

АД маслонаполненый

шпиндель

долото

Обсадные

трубы

16. Области применения турбомашин на шахтах и рудниках. Режимы работы

турбомашин, их статические характеристики. Требования к электроприводу

турбомашин.

В выработках, в которых находятся или могут находиться люди, согласно требованиям Правил

безопасности ПБ воздух должен содержать по объему кислорода не менее 20 % и углекислого газа

не более 0,5 %, а содержание метана в струе воздуха, исходящего из очистного участка, не должно

превышать 1 %.

Для снабжения работающих в шахте или руднике людей достаточным количеством качественного

воздуха и создания комфортных условий для высокопроизводительного труда необходима

искусственная вентиляция, обеспечивающая постоянный приток свежего воздуха в горные

выработки с поверхности и удаление отработанного воздуха из шахты (рудника) в атмосферу. Для

этих целей на шахте (руднике) устанавливают вентиляторы.

Вентилятор принадлежит к механизмам, имеющим продолжительный режим работы с постоянной

нагрузкой.

В качестве ВМП применяются осевые вентиляторы с двигателями мощностью до 110кВт.

В качестве ВГП применяются как осевые так и центробежные вентиляторы с двигателями

мощностью 1250-4000 кВт.

В качестве привода вентиляторов главного проветривания применяется:

 АДФ+Реостат

 АДФ+АВК

 СД до 500КВт

 АДФ+СД(каскад обеспечивает половинную и полную производительность)

Сравнивая между собой шахтные осевые и центробежные вентиляторы, следует отметить, что те и

другие обладают как достоинствами, так и рядом недостатков.

К достоинствам осевых вентиляторов следует отнести: регулирование режима работы (поворотом

лопаток направляющего аппарата и рабочего колеса); реверсирование воздушной струи без

обводных каналов (при соответствующей аэродинамической схеме и конструкции вентилятора).

Недостатками осевых вентиляторов являются:

скрытые, недоступные для систематического ухода подшипники, что снижает надежность работы

вентиляторов; резко седлообразная форма характеристики давления (со впадинами и разрывами),

что создает предпосылки для неустойчивой работы, особенно при параллельном включении

вентиляторов с нерегулируемым приводом; сильный шум при работе со скоростями 90—95 м/с.

Центробежные вентиляторы лишены указанных недостатков, они проще по конструкции и надежнее

в эксплуатации, создают более высокое давление, однако диапазон их экономичного регулирования

(при прочих равных условиях) несколько меньше, чем у осевых.

Серийно выпускаемые шахтные осевые и центробежные вентиляторы примерно равноценны по

экономичности, но величина ее невелика — максимальный статический к. п. д. вентиляторов не

превышает 0,8. Отдельные конструкции центробежных вентиляторов с сильно загнутыми назад

лопатками позволили повысить к. п. д. до 0,88.

В настоящее время регулирование режима работы шахтных вентиляторов главного проветривания

осуществляется одним из следующих способов:

 изменением сопротивления вентиляционной сети (дросселирование шибером, секторным затвором

и т. д.);

 изменением характеристики вентилятора.

Регулирование режима работы вентилятора главного проветривания

изменением характеристики вентиляционной сети представлено на

рис. Режим работы вентилятора с минимальным сопротивлением

вентиляционной сети характеризуется точкой 1. При этом вентилятор

работает с подачей Q1 и давлением p1. При необходимости

уменьшения подачи увеличивается сопротивление вентиляционной

сети путем частичного перекрытия вентиляционного канала

регулирующим шибером, что приводит к уменьшению

эквивалентного отверстия, т. е. A2<A2. Режим работы вентилятора в

этом случае характеризуется точкой 2.

Изменение характеристики вентилятора может производиться одним из нижеперечисленных

способов:

 изменением угла поворота лопаток направляющих аппаратов (для центробежных и осевых

вентиляторов),

 изменением угла установки лопаток рабочего колеса (для осевых нентиляторов),

 изменением скорости электропривода рабочего колеса вентилятора.

Для правильного определения необходимого диапазона изменения производительности ГВУ следует

произвести анализ основных причин, вызывающих необходимость в установке устройств

регулирования производительности:

1) сезонное колебание температуры окружающей среды. Давление окружающего воздуха

требует регулирования производительности в сравнительно небольших пределах. Диапазон

регулирования производительности лежит в пределах 10—15% расчетной. Это регулирование

относится к классу медленно меняющихся во времени;

2) регулирование производительности, вызванное развитием фронта работ. За период

эксплуатации шахты производительность вентиляторной установки должна постепенно возрастать

— в 1,5-2 раза превышать минимальную при наиболее интенсивной отработке залежи;

3) регулирование производительности, вызванное измененном суточного ритма горных работ

(взрывные работы в конце смены требуют повышения производительности на 15—20%);

4) регулирование производительности, вызванное праздничными и ремонтными днями. В этих

условиях производительность должна составлять 30—50% рабочей;

5) массовые взрывы, требующие более интенсивного проветривания. Здесь производительность

должна быть значительно выше по сравнению с обычным режимом проветривания.

Таким образом, в основном целесообразным диапазоном регулирования производительности

вентилятора следует считать 2:1, предусматривая дополнительные меры для интенсификации про-

ветривания после массовых взрывов.

Выбор того или иного способа регулирования вентилятором должен решаться с учетом наибольшей

его экономичности, простоты и удобства обслуживания.

На современном горном предприятии при подземной разработке месторождений полезных

ископаемых в угольных шахтах со взрывоопасной средой, а также в рудниках черной и цветной

металлургии основным видом энергии служит пневматическая. Кроме того компрессорные

установки служат для заморозки ствола шахты. Для привода компрессорных установок возможно

использование :

 СД 250-500КВт +ВТЕ

 АД + Преобразователь частоты на компр. Установках большой мощности(дорогой привод)

 АДФ+тир.коммутатор в роторной цепи

 АД+ТПЧ с НС

 Дв. Двойного питания.

По принципу работы компрессорные машины делятся на поршневые и центробежные.

Особенности компрессоров как объекта электропривода: пульсирующий характер нагрузочного

момента; зависимость пульсаций от скорости электропривода; повышенный момент инерции,

затрудняющий пуск привода; повышенный момент сопротивления при пуске.

Для поддержания режима работы пневматических установок в заданных пределах применяют

различные способы регулирования режима работы компрессоров: изменением частоты вращения

вала компрессора, а при постоянной частоте вращения — изменением числа параллельно

работающих компрессоров.

При нерегулируемой частоте вращения вала компрессора регулирование ведется: дросселированием

перед входом в компрессор, тогда расход воздуха уменьшается из-за понижения начального

давления; включением дополнительного вредного пространства в поршневых компрессорах;

отжатием пластан всасывающих клапанов в поршневых компрессорах.

Система регулируемого электропривода турбокомпрессоров должна отвечать общим требованиям,

предъявляемым ко всем системам привода: высокие энергетические показатели системы к. п. д. и

cosφ; надежность и простота эксплуатации; минимально возможная первоначальная стоимость

оборудования.

Регулируемый электропривод турбокомпрессора с двигателем двойного питания:

Двигатель двойного питания представляет собой асинхронный двигатель с фазным ротором,

подключенный к двум источникам питания: со стороны статора — к сети с постоянным напряже

нием и частотой 50 Гц, а со стороны ротора — к источнику пониженной частоты, величина которой,

как и напряжение источника (по амплитуде и фазе), могут изменяться. Преобразовав

Принципиальная схема управления приводом компрессора с двигателем двойного питания (ДДП)

приведена на рис. Она состоит из асинхронного двигателя с фазным ротором M_ преобразователя

частоты UZ, включающего в себя силовой-трансформатор Т, согласующий напряжение сети с

напряжением ротора двигателя, тиристорные блоки U1—UЗ, системы управления AUZ

преобразователем частоты, датчиков углового перемещения ротора (синхронный тахогенератор с

постоянными магнитами GS), датчиков тока ротора UA1—UA3, давления и производительности на

выходе компрессора, пускового устройства электродвигателя (индукционный реостат L).

Сигналы частоты вращения ротора двигателя формируются углоизмерительной машиной GS ,

представляющей собой синхронный тахогенератор с постоянными магнитами и имеющей число пар

полюсов, равное числу пар полюсов главного двигателя. GS жестко связана с асинхронным

двигателем.

В качестве электропривода, насосов в шахтных участковых и центральных водоотливных установках

применяются асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Электродвигатели

насосов работают в продолжительном режиме с постоянной нагрузкой, мощность (кВт) которых

определяется по формуле

где k — коэффициент запаса (1,2—1,3 при подаче до 160 м

/ч и 1,1—1,15 при подаче свыше 160

/ч); Q — подача, м

/ч; у — удельный вес откачиваемой из шахты воды, кН/м

; Н — напор насоса,

м; η

, η

— соответственно к. п. д. насоса и передачи.

17. Системы пуска электропривода турбомашин в зависимости от применяемого

электродвигателя и типа турбомашины.

Запуск вентиляторной установки сопровождается большими пусковыми токами. А если учесть, что

вентиляторы обладают значительными маховыми массами, то пуск оказывается длительным и

вызывает длительное снижение напряжения питающей сети. Это сказывается на параллельно

работающих двигателях и на самом запускаемом двигателе, еще более затягивая его пуск. В

установках с сетью относительно малой мощности прямой пуск асинхронного двигателя может

вызвать недопустимые падения напряжения. В этом случае необходимо использовать более сложные

схемы пуска в зависимости от применяемого типа провода.

В случае применения привода АВК пуск происходит следующим образом:

Запуск асинхронного двигателя в схеме АВК, как правило, резисторный. Это объясняется

неглубоким регулированием частоты вращения вентилятора главного проветривания.

При резисторном пуске асинхронного двигателя в системе АВК его ротор отсоединяется от

инвертора и подключается к пусковому резистору. Пуск автоматический в функции времени. При

достижении номинальной частоты вращения ротор двигателя через выпрямитель подсоединяется к

инвертору, у которого установлен угол регулирования тиристорами β =90 эл. градусов, а затем

ротор отсоединяется от пускового резистора. Переход асинхронного двигателя в схему АВК

происходит без бросков тока, а его частота вращения несколько снижается. Дальнейшее

регулирование скорости электропривода вентилятора ведется вниз от номинальной.

Электропривод построенный по схеме синхронно-асинхронного каскада является наиболее

распространенным для вентиляторов главного проветривания рудников и крупных шахт.

Строится электропривод на основе использования двух двигателей: синхронного M1 и асинхронного

M2 .

Главный двигатель M1 вращает вал вентилятора ВРЦД-4,5 и обеспечивает максимальную подачу.

Асинхронный двигатель M2 , имеющий угловую скорость в 2 раза меньшую, обеспечивает

пониженную подачу воздуха в начале работы шахты, а также в выходные и праздничные дни.

Для питания постоянным током обмотки возбуждения синхронного двигателя и для создания

режима динамического торможения асинхронного двигателя, необходимого для более быстрого

снижения угловой скорости при его останове, служит возбудительный агрегат, состоящий из

асинхронного короткозамкнутого двигателя М3 и возбудителя G-машины постоянного тока

параллельного возбуждения.

Для работы вентилятора с максимальной подачей его запуск ведется в следующей

последовательности: вначале запускается асинхронный двигатель M2 с пусковым резистором в цепи

ротора, а затем с угловой скорости, равной половине номинальной, запускается синхронный

двигатель M1. При работе с половинной угловой скоростью, т.е. с пониженной подачей воздуха,

синхронный двигатель не включается. В этом случае вентилятор вращается от асинхронного

двигателя M2, работающего на естественной механической характеристике.

Для подготовки схемы к работе (двигатель М3) необходимо включить автоматы SA1-SA3. Это

вызывает включение реле времени КТ1-КТ5 и размыкание соответствующих контактов КТ1.1-КТ5.1

и замыкание контакта КТ1.2. Срабатывание реле напряжения KU приводит к подаче питания к

катушкам контакторов ускорения КМ4-КМ7.

Сначала запускается асинхронный двигатель М3 нажатием на кнопку SB1. Далее включается

асинхронный двигатель M2 нажатием на кнопку SB4. При этом обтекается током катушка

электромагнита YQF2 масляного выключателя QF2. Включение последнего обеспечивает подачу

напряжения сети на статор асинхронного двигателя M2 и к замыканию контакта B2. Это приводит к

срабатыванию промежуточного реле К2, которое своими контактами К2.3 обесточивает цепь

первого реле времени КТ1, К2.1 разрывает цепь питания контактора динамического торможения

КМ2, К2.2 подключает цепь питания контакторов ускорения КМ4-КМ7. Идет разгон асинхронного

двигателя M2 в функции времени. При достижении асинхронным двигателем M2 номинальной

частоты вращения реле скорости KV3 и замыкает свой контакт KV3.2 в цепи катушки

электромагнита YQF1 и размыкается контакт KV3.1 в цепи питания контактора КМ2. В этой же цепи

несколько ранее замкнутся контакт реле скорости KV1.1.

Электромагнит YQF1 приводит к включению масляного выключателя QF1, к подаче на статор

синхронного двигателя M1 напряжения сети и последний начинает увеличивать свою частоту

вращения при введенном разрядном сопротивлении Rp. При этом замыкается контакт В1, вызыва-

ющий включение промежуточного реле К1. Последнее своими контактами К1.1 подключает к

источнику питания реле форсировки КФ, которое своим контактом КФ шунтирует резистор R5, К1.2

размыкается в цепи питания контактора КМ2. К13 шунтирует кнопку SB3 и контакт KV3.2.

Бросок тока статора синхронного двигателя вызывает срабатывание реле тока КА1, замыкание

контакта КА1.1 и срабатывание реле времени КТ6, что в свою очередь вызывает замыкание

контакта КТ7 и размыкание контакта КТ6.1.

По мере разгона двигателя Ml ток статора снижается и вновь реле тока КА1 размыкает свой контакт

КА1.1, вызывая обесточивание сначала реле времени КТ6, затем реле времени КТ7. Некоторый

промежуток времени остаются включенными оба контакта КТ6.1 и КТ7. Это вызывает включение

контактора КМ1 и размыкание линейных контактов КМ1.2 и замыкание контактов КМ1.1. При этом

происходит подсоединение обмотки возбуждения к якорю генератора G. Увеличение тока воз-

буждения вызывает срабатывание реле тока КА2 и размыкание контакта КА2.1, которое снимает

форсировку и замыкание контакта КА2.2. Синхронный двигатель Ml достигает синхронной частоты

вращения. Это приводит к срабатыванию реле скорости KV4, которое своим контактом KV4.1

шунтирует контакты КТ6.1 и КТ7. Реле времени КТ6, обеспечив необходимую выдержку времени

для разгона синхронного двигателя, размыкает свой контакт КТ6.2 в цепи катушки электромагнита

YQF1. На этом процесс запуска синхронного двигателя Ml заканчивается, и вентилятор работает с

максимальной частотой вращения.

Останов вентилятора производится отключением синхронного двигателя Ml от сети. При этом

размыкается цепь питания промежуточного реле К1, которое своим контактом К1.2 подготавливает

цепь контактора динамического торможения КМ2. В начале процесса остановки снижения частоты

вращения вентилятора идет интенсивно, так как велик момент сопротивления. По мере же снижения

частоты вращения абсолютное значение замедления падает.

При частоте вращения двигателя равной 250 об/мин контактом KV3.1 замыкается цепь питания

катушки контактора динамического торможения КМ2. Он срабатывает, и в статор асинхронного

двигателя М2 через линейные контакты КМ2 подается постоянный ток, а в цепь ротора вводится

максимальное сопротивление. С выдержкой времени, обесточиваемой реле времени КТ1-КТ5,

подключаются к источнику питания контакторы ускорения КМ4-КМ7, которые своими контактами

по мере снижения частоты вращения двигателя шунтируют ступени пусковых резисторов. Почти

при нулевой частоте вращения контактом KV1.1 реле скорости KV1 разрывается цепь питания

контактора динамического торможения КМ2 и снимается постоянный ток с обмотки статора

асинхронного двигателя М2. Процесс останова вентилятора на этом заканчивается.

В схеме предусмотрена защита синхронного двигателя от снижения напряжения (реле форсировки

КФ), от исчезновения тока возбуждения (реле наличия тока КА2), от затянувшегося пуска (реле

времени КТ6).

Управление приводом вентилятора можно вести вручную или автоматически. Ручное управление

ведется кнопками SB1-SB5.

18. Способы регулирования турбомашин. Системы регулирования

электропривода турбомашин.

В настоящее время регулирование режима работы шахтных вентиляторов главного проветривания

осуществляется одним из следующих способов:

 изменением сопротивления вентиляционной сети (дросселирование шибером, секторным затвором

и т. д.);

 изменением характеристики вентилятора.

Регулирование режима работы вентилятора главного про-

ветривания изменением характеристики вентиляционной сети

представлено на рис. Режим работы вентилятора с минимальным

сопротивлением вентиляционной сети характеризуется точкой 1.

При этом вентилятор работает с подачей Q1 и давлением p1. При

необходимости уменьшения подачи увеличивается сопротивление

вентиляционной сети путем частичного перекрытия

вентиляционного канала регулирующим шибером, что приводит к

уменьшению эквивалентного отверстия, т. е. A2<A2. Режим

работы вентилятора в этом случае характеризуется точкой 2.

Изменение характеристики вентилятора может производиться одним из нижеперечисленных

способов:

 изменением угла поворота лопаток направляющих аппаратов (для центробежных и осевых

вентиляторов),

 изменением угла установки лопаток рабочего колеса (для осевых вентиляторов),

 изменением скорости электропривода рабочего колеса вентилятора.

Для поддержания режима работы пневматических установок в заданных пределах применяют

различные способы регулирования режима работы компрессоров: изменением частоты вращения

вала компрессора, а при постоянной частоте вращения — изменением числа параллельно

работающих компрессоров.

При нерегулируемой частоте вращения вала компрессора регулирование ведется: дросселированием

перед входом в компрессор, тогда расход воздуха уменьшается из-за понижения начального

давления; включением дополнительного вредного пространства в поршневых компрессорах;

отжатием пластан всасывающих клапанов в поршневых компрессорах.

В шахтных водоотливных установках используется принцип подключения необходимого числа

насосных агрегатов с приводом АДк в зависимости от уровня воды в водосборнике(подключается

один два и т.д.)

В качестве регулируемого привода вентиляторов главного проветривания применяется:

 АДФ+Реостат

 АДФ+АВК

 АДФ+СД(каскад обеспечивает половинную и полную производительность)

Асинхронный вентильный каскад (АВК) характеризуется наличием статических преобразователей

энергии, состоящих из трансформатора и инвертора. Трансформатор служит для согласования

напряжения ротора с напряжением питающей сети. Инвертор предназначен для преобразования

постоянного напряжения ротора в переменное с частотой сети.

Принцип работы вентильного каскада аналогичен работе каскадных схем вообще. Регулирование

величины противо -э д. с., а с ней и частоты вращения асинхронного двигателя ведется изменением

угла регулирования β тиристоров инвертора.

При β = 90 эл. градусов асинхронный двигатель работает с максимальной частотой вращения и

уменьшается с уменьшением угла β.

Запуск асинхронного двигателя в схеме АВК, как правило, резисторный. Это объясняется

неглубоким регулированием частоты вращения вентилятора главного проветривания.

При резисторном пуске асинхронного двигателя в системе АВК его ротор отсоединяется от

инвертора и подключается к пусковому резистору. Пуск автоматический в функции времени. При

достижении номинальной частоты вращения ротор

двигателя через выпрямитель подсоединяется к

инвертору, у которого установлен угол

регулирования тиристорами β = 90 эл. градусов, а

затем ротор отсоединяется от пускового резистора.

Переход асинхронного двигателя в схему АВК

происходит без бросков тока, а его частота

вращения несколько снижается. Дальнейшее

регулирование скорости электропривода вентиля-

тора ведется вниз от номинальной.

Габаритная мощность согласующего

трансформатора определяется максимальными

выпрямленными напряжением и током ротора

асинхронного двигателя. Максимальный ток ротора

берется равным номинальному, а напряжение

пропорционально скольжению двигателя:

19. Особенности построения системы автоматического регулирования

электропривода ТП-Д с реверсированием по возбуждению.

Система автоматического управления параметрами привода ТП—Д с нереверсивным ТП и

реверсом поля двигателя.

рис. 5.20.

Функциональная схема САУ привода ТП—Д с реверсом поля возбуждения приведена на рис. 5.20.

Система автоматического управления построена по принципу подчиненного регулирования пара-

метров с тремя контурами регулирования: внешнему контуру регулирования скорости подчинены

контуры регулирования тока якоря и тока (потока) возбуждения с одновременным и согласованным

управлением током и потоком двигателя. С выхода регулятора скорости PC поступает сигнал

задания тока силовой цепи на вход регулятора тока РТ через узел выделения модуля ВМ и сигнал

задания тока возбуждения на вход регулятора тока возбуждения РВ через согласующий регулятор-

усилитель РОВ.

В двигательном режиме работы привода выходное напряжение PC всегда одного знака, а в

тормозном — противоположного. При необходимости перехода из двигательного режима в

тормозной изменяется знак скоростной ошибки — напряжения на выходе PC, соответственно

изменяется на противоположный знак задание тока возбуждения, а знак задания на ток силовой цепи

не меняется благодаря узлу выделения модуля ВМ. Последнее необходимо, так как полярность

сигнала отрицательной Обратной связи по току двигателя во всех режимах привода неизменна. При

переходе привода в тормозной режим полярность напряжения на выходе РТ изменяется на

противоположную и ТП переводится в инверторный режим.

Регуляторы PC, РТ и РВ приняты пропорционально-интегральными, поэтому САУ астатическая. В

статических режимах сигналы, пропорциональные заданной n

( Uз.с) и действительной n

д. с

(Uо.с)

скорости, равны друг другу и имеют противоположные знаки ,а напряжение на выходе PC

соответствует заданной нагрузке. При изменении нагрузки в первый момент изменяются

действительная скорость и ток якоря Iя, разность напряжения Uз.c минус Uо.с вызывает изменение

выходного напряжения регулятора скорости Up.c до тех пор, пока ток и поток Ф двигателя не будут

соответствовать новому значению момента нагрузки, после чего скоростная ошибка сводится к

нулю.

Согласование сигналов задания Iя и Iв производится выбором коэффициента усиления

согласующего регулятора РОВ и напряжением его ограничения РО. Обычно выбирается такое

соотношение передаточных коэффициентов в цепи задания Iя и Iв, при котором Iв достигает Iв.ном

при Iя = 0,5 Iя.ном. Если Iя > 0,5Iя.ном, то Iв = Iв.ном при ограниченном напряжении РОВ.

Зависимость сигналов задания Iя и Iв от Uр.с приведена на рис. 5.21. Вышеуказанный способ

согласованного управления Iя и Iв в функции ошибки по скорости в сочетании с необходимым kф.в

обеспечивает сокращение времени реверса момента двигателя, достаточно плавное изменение

момента при переходе привода из двигательного режима работы в тормозной и обратно.

20. Методика расчета систем подчиненного регулирования.

Развитие техники регулирования открыло большие возможности для совершенствования средств и

методов управления автоматизированными электроприводами, электромеханическими системами, в

структуру которых входят, в частности, электроприводы, и решения задач автоматизации

технологических процессов. В последние годы характерным направлением является создание

унифицированных систем регулирования с последовательной коррекцией, выполняемой активными

звеньями, построенными на операционных усилителях как в аналоговом так и дискретном

исполнении. К основным достоинствам таких систем относятся: возможность реализации с высокой

точностью желаемых передаточных функций и, как следствие, достижение хороших динамических

показателей процесса регулирования, малая мощность сигналов управления, что позволяет

применять датчики и задатчики регулируемых параметров с малой потребляемой мощностью;

легкость и простота наладки; возможность широкой унификации схем и конструкции элементов, в

том числе различного рода сопрягающих и других устройств.

Системы подчиненного регулирования с последовательной коррекцией представляют собой

многоконтурную систему последовательного действия. Каждый контур этой системы имеет

отдельный регулятор, выполняющий функции последовательного корректирующего звена, который

настраивается в соответствии с передаточной функцией объекта регулирования этого контура.

Отличительной особенностью систем подчиненного регулирования последовательного действия

является подчиненное регулирование основных параметров объекта регулирования. Число

соподчиненных контуров регулирования, а, следовательно, и число регуляторов равны числу

регулируемых параметров объекта. На выход каждого регулятора подаются сигналы заданного и

действительного значений регулируемого параметра, при этом регулятор предыдущего контура,

начиная с первого внешнего контура, вырабатывает сигнал задания для последующего контура.

Способ подчиненного регулирования позволяет легко вводить ограничения параметров, а также

относительно просто осуществлять расчет и реализацию систем.

Системы последовательного действия, называемые далее системами подчиненного регулирования,

получают все более широкое распространение и реализуются в форме унифицированных блочных

систем регуляторов (УБСР) и комплектных устройств управления.

7.1. Обобщенная структурная схема и передаточная функция системы подчиненного

регулирования.

Принцип построения систем подчиненного регулирования состоит в том, что объект

регулирования, в общем случае, разбивается на n подобъектов, включенных последовательно,

каждый из которых представляет собой, как правило, типовое динамическое звено с

соответствующим выходным параметром, перед которыми последовательно (каскадно) включаются

n регуляторов, а каждый регулятор с соответствующим подобъектом охватывается отрицательной

обратной связью и, таким образом, организуется n контуров регулирования обобщенная структурная

схема системы подчиненного регулирования, построенная по данному принципу, приведена на рис.

7.1. Согласно этой схеме, на входе каждого регулятора соответствующего контура регулирования

осуществляется сравнение сигналов пропорциональных заданному и действительному значениям

входного сигнала (координаты) данного контура, а выходной сигнал регулятора является задающим

сигналом для последующего внутреннего контура. Таким образом, в подчиненной системе

регулирования образуется n соподчиненных контуров регулирования соответствующих параметров.

В рассматриваемых системах каждый контур регулирования содержит, как правило, только одну

большую постоянную времени, компенсируемую регулятором, что значительно упрощает структуру

регулятора, синтез системы в целом и позволяет применять однотипные регулирующие элементы.

Согласно структурной схеме, приведенной на рис. 7.1, каждый контур системы можно

представить в виде двух звеньев – регулятора и подобъекта регулирования. Объект регулирования

контура включает в себя один из подобъектов на которые разбит объект регулирования и замкнутый

контур регулирования, являющийся внутренним по отношения к рассматриваемому контуру.

вх

(р) Х

вых

(р)

)р(W

п.р

….. …..

)р(W

2р

)р(W

1р

)р(W

п0

Рис. 7.1. Структурная схема системы подчиненного регулирования с последовательной коррекцией.

В соответствии с этим передаточные функции замкнутых контуров регулирования, в соответствии

с обозначениями на рис…., запишутся в следующем виде:

)()(1

)()(

)(

011

рWpW

pWрW

рег





;

)()()(1

)()()(

)(

0212

рWрWpW

pWрWрW

зрег





;

)()()(1

)()()(

)(

0323

рWрWpW

pWрWрW

зрег





;

…………………………………....

)()()(1

)()()(

)(

0)1(

рWрWpW

pWрWрW

nnзрегn

зn







Из этих выражений для передаточных функций замкнутых контуров регулирования следует, что

передаточную функцию любого конура регулирования можно представить в следующем виде:

)(')(1

)(')(

)(

рWpW

pWрW

iрегi

зi





, (7.1)

где

iiзi

WWW

0)1(

0 



- передаточная функция объекта регулирования

соответствующего контура.

Исходя из полученной передаточной функции следует, что передаточные функции всех контуров

идентичны и решение вопроса определения структуры и параметров регуляторов выполняется по

одной методике. Необходимо отметить, что объектом регулирования первого внутреннего контура

является первый из подобъектов регулирования, на которые разбит общий объект регулирования,

т.е.

WW 

Кроме этого, необходимо отметить, что в данной структуре имеется возможность ограничения

любого регулируемого параметра или его производных на постоянном и изменяемом уровне путем

введения в структуру соответствующего контура дополнительного нелинейного звена или

дополнительного нелинейного контура регулирования.

7.2. Передаточная функция регулятора.

Рациональные законы управления в каждом конкретном случае определяются желаемыми

показателями качества процесса регулирования, технологическими требованиями с учетом

ограничений на регулируемые параметры, энергетическими возможностями элементов и устройств

системы регулирования и другими. Эти факторы в совокупности с возмущениями являются

определяющими при выборе структуры контуров и расчете параметров системы подчиненного

регулирования. Структура регуляторов зависит от структуры подобъекта и ограничений, и расчет

параметров системы подчиненного регулирования по сути свой сводится к последовательной

оптимизации всех соподчиненных контуров регулирования. В данном случае под оптимизацией

понимается приведение передаточной функции контура регулирования в соответствие с

поставленными требованиями.

В общем случае передаточную функцию объекта регулирования в любом из замкнутых контуров

системы подчиненного регулирования можно представить в следующем виде

)(

)1(

)(











. (7.2)

В том выражении второй сомножитель W

(p) – передаточная функция звеньев, определяющих

инерционность объекта контура регулирования, т.е. звеньев с большими постоянными времени, а

первый сомножитель – это произведение передаточных функций эквивалентных апериодических

звеньев с малыми постоянными времени и существенно не влияющих на динамические свойства

объекта.

Исходя из такой структуры объекта регулирования суть оптимизации любого соподчиненного

контура регулирования заключается в компенсации больших постоянных времени и достижении, с

учетом малых постоянных времени, требуемых динамических свойств замкнутого контура за счет

соответствующих структуры и параметров регулятора.

Остановимся подробнее на вопросе компенсации постоянных времени объекта регулирования.

Рассмотрим простейший случай, когда объект регулирования представляет собой апериодическое

звено первого порядка

)()(





Тр

рWpW

, (7.3)

где К и Т – соответственно коэффициенты усиления и постоянная времени звена.

Очевидно, что полная компенсация постоянной времени, т.е. трансформации апериодического

звена в безинерционное (усилительное),? регулятор включенный последовательно с объектом

должен иметь передаточную функцию

1)( ТррW

рег

. (7.4)

Исходя из этого, передаточные функции разомкнутого и замкнутого контура регулирования

соответственно равны

КрWрWрW

окразраз

 )()()(

, (7.5)

)(









рW

раз

. (7.6)

Контур регулирования получился безинерционным статическим.

Физически это означает, что для мгновенного изменения выходного параметра инерционного

звена на его вход необходимо подать сигнал в виде импульса с бесконечно большой амплитудой, что

реально невозможно ввиду ограниченности энергетических возможностей регулятора. В связи с

этим абсолютная компенсация инерционности технически невозможна, и можно говорить только о

степени приближения к абсолютной компенсации. Однако по мере приближения к абсолютной

компенсации снижается помехозащищенность контура регулирования.

Таким образом, предел приближения к абсолютной компенсации ограничивается энергетическими

возможностями элементов и устройств системы регулирования и требованиями

помехозащищенности отдельных контуров и системы регулирования в целом.

Ограничения предельного быстродействия в рассматриваемом случае можно достичь введением в

контур регулирования фиктивного интегрирующего звена с постоянной времени Т

за счет

регулятора. Тогда передаточная функция регулятора примет следующий вид:

рКТ

Тр

рW

рег

)(





. (7.7)

Соответственно передаточные функции разомкнутого и замкнутого контуров, согласно (7.5) и (7.6),

равны

рТ

рW

раз

)( 

; (7.8)

)(





рТ

рW

. (7.9)

В этом случае замкнутый контур обращается в апериодическое звено, а статическая ошибка

замкнутого контура сводится к нулю. Постоянную времени Т

в дальнейшем будем называть

постоянной интегрирования контура.

Результатом компенсации в рассмотренном случае явилась замена разомкнутого контура

интегрирующим звеном с постоянной интегрирования Т

, а замкнутого контура апериодическим

звеном с постоянной времени Т

и коэффициентом усиления равным единице.

В любом случае структура (передаточная функция) регулятора определяется структурой

(передаточной функцией) объекта компенсации

 

рW



. При этом, в зависимости от вида

передаточной функции, получается в основном три типа регуляторов.

Если объектом является интегрирующее звено

 

рТ

рW



, (7.10)

то передаточная функция регулятора, из условия компенсации Т

, равна

)(

рW

рег



. (7.11)

В этом случае регулятор называется пропорциональным (П-регулятор).

Если объектом является инерционное звено первого порядка

 





Тр

рW

, (7.12)

то передаточная функция регулятора равна

рКТКТ

рКТ

Тр

рW

рег

000

)( 





. (7.13)

В этом случае передаточная функция регулятора включает две составляющие – пропорциональную и

интегральную, в соответствии с чем, регулятор называется пропорционально-интегральным (Пи-

регулятор).

Если объектом является звено второго порядка

 





рТрТ

рW

, (7.14)

то передаточная функция регулятора равна

)(

КТ

рТ

рКТКТ

рКТ

рТрТ

рW

рег







. (7.15)

В этом случае передаточная функция регулятора включает три составляющие, в соответствии с чем,

регулятор называется пропорционально-интегрально-дифференциальным (ПИД-регулятор).

Независимо от структуры объекта, при изложенном принципе выбора регулятора передаточные

функции разомкнутого и замкнутого контуров соответственно равны

рТ

рW

)( 

; (7.16)

)(





рТ

рW

. (7.17)

Таким образом, на основании изложенного выше, можно заключить, что в результате точной

компенсации постоянных времени объекта регулирования, независимо от его структуры, и введения

в контур регулирования, за счет регулятора, фиктивного интегрирующего звена, передаточная

функция и параметры разомкнутого и замкнутого контуров описываются выражениями (7.16) и

(7.17).

вх

(р)

вых

(р)

)р(W

рег







1к

)1р(

)р(W

ок

вх

(р)

вых

(р)

рТ







1к

)1р(

а)

б)

Рис. 7.2. Структурные схемы контура регулирования: а – исходная; б – преобразованная.

Реальные объекты регулирования в общем случае могут включать в себя звенья как с большими,

так и с малыми постоянными времени, как показано на рис. 7.2а. Если и параметры регулятора

выбраны из условия компенсации больших постоянных времени, входящих в W

ок

(р), то структурная

схема контура регулирования принимает вид, представленный на рис. 7.2б, и передаточная функция

разомкнутого контура равна

 

)1(









раз

ррТ

рW



. (7.18)

При







2Т

без существенной погрешности, пренебрегая членами высшего

порядка можно принять









кк

ррр

11)1(



, (7.19)

где







- сумма малых постоянных времени объектов регулирования в контуре.

Тогда

)1(

)(





ррТ

рW

раз



(7.20)

и соответственно для замкнутой

)1(1

)(









рТрТррТ

рW



. (7.21)

Принимая, что в общем случае



аТ 

, (7.22)

для разомкнутого и замкнутого контуров передаточные функции равны

)1(

)(





рра

рW

раз



; (7.23)

1)1(

)(





рра

рW



. (7.24)