Динамические режимы работы электроприводов

Общие положения

 

Известно, что система электропривода описывается уравнением (В.2)

 

dw

М – Мс = J ¾¾.

dt

В предыдущих разделах рассматривались ситуации, когда dw / dt = 0 и Мдин = 0, то есть М = Мс. Однако для любых электроприводов существуют режимы, при которых их динамический момент, а значит и ускорение, отличны от нуля. Даже в простейшем случае нерегулируемого электропривода необходимо осуществлять его пуск и торможение.

Динамическим или переходным режимом (процессом) электропривода называется такой режим, при котором осуществляется его переход от одного установившегося состояния к другому, сопровождающийся изменением скорости, момента и тока электродвигателя.

Причиной возникновения переходных процессов может быть изменение параметров системы (активных или индуктивных сопротивлений, числа пар полюсов и т.д) или параметров процесса (частоты и величины напряжения питания, магнитного потока, момента статического), то есть любое изменение, влекущее за собой нарушение равенства М = Мс.

Все воздействия, в результате которых возникает переходный процесс, подразделяются на две группы: управляющие и возмущающие.

Управляющие – это воздействия по прямому каналу управления, производимые с целью управления системой электропривода для обеспечения требуемого технологического процесса. Например, сигнал на изменение напряжения или его частоты для регулирования скорости двигателя.

Возмущающие – это известные или стохастические изменения технологических параметров, ведущие к изменению статического момента на валу электродвигателя. Например, сброс или наброс нагрузки, изменение качества материала обрабатываемой на станке детали и т.д.

Некоторые механизмы работают при постоянном изменении нагрузки на валу, то есть не имеют установившихся режимов и их рабочими режимами являются периодические переходные.

Таким образом, динамические процессы играют значительную роль в процессе функционирования электроприводов.

Любой переходный процесс характеризуется качественными и количественными показателями:

- устойчивость системы электропривода. В подавляющем большинстве случаев разомкнутая система электропривода, работающая в рамках перегрузочной способности двигателя, является устойчивой и колебания здесь либо отсутствуют, либо являются затухающими. Поэтому обычно проверка разомкнутых систем электропривода на устойчивость не проводится;

- колебательность системы – это количество колебаний в единицу времени и время их затухания.

- перерегулирование s – это разность между максимальным при переходном процессе и установившимся значениями скорости или тока соответственно. Различаются перерегулирования по скорости sс и по току sт;

- время переходного процесса – это время достижения регулируемым параметром величины 0,95 – 0,98 от установившегося значения при отсутствии дальнейших колебаний.

Анализ переходных процессов преследует несколько целей:

- определение времени переходных процессов, так как для электроприводов, работающих в повторно-кратковременном режиме, это время составляет значительную часть цикла и определяет производительность рабочего механизма. Кроме того, в некоторых случаях, например, буровые установки, металло- и деревообрабатывающие станки, период изменения скорости определяет и качество выпускаемой продукции;

- определение качества переходного процесса, то есть его колебательности, величин перерегулирования по скорости и току и устойчивости системы;

- определение максимальных значений тока и момента электродвигателя, так как они определяют электрическую перегрузку.

Динамический процесс – это достаточно сложное явление в электроприводе, наличие управляющего и возмущающего воздействий – только внешняя причина его возникновения. Внутренней сущностью реакции привода на эти воздействия является наличие у него электромеханической и электромагнитной инерционностей, то есть одного или нескольких накопителей энергии различного вида. Изменение количества энергии в накопителе происходит постепенно, чем и объясняется возникновение переходных процессов даже при скачкообразном приложении управляющего или возмущающего воздействий. Если в системе нет накопителей энергии, то переходный процесс, как таковой, отсутствует, и параметры процесса изменяются мгновенно, что и происходит в пропорциональных звеньях, например, при изменении напряжения на резисторе мгновенно изменяется протекающий по нему ток.

Наличие двух и более накопителей энергии и преобразование энергии одного вида, например, кинетической в механических звеньях привода, в другой вид, например, в электромагнитную в индуктивных звеньях, являются причиной возникновения колебаний в системе.

Таким образом, характер протекания переходного процесса в системе электропривода определяется наличием и количеством накопителей энергии и соотношением их параметров.

Однако, если механическая инерционность всегда имеется в системе и пренебречь ею невозможно, то электромагнитная инерционность, определяемая величиной индуктивности L системы, может быть незначительна и не оказывать решающего влияния на ее динамику.

Поэтому динамические процессы, протекающие в системах электропривода, подразделяются на две группы: электромеханические, когда L» 0, то есть активное сопротивление рассматриваемой цепи значительно превышает индуктивное, и электромагнитные, когда L ¹ 0, то есть величины указанных сопротивлений соизмеримы.