Автоматическая система регулирования. Напряжение генератора

Если же под действием  какой-либо внешней силы вывести  ротор из состояния покоя, то двигатель  будет развивать вращающийся  момент. Отсутствие начального момента  является существенным недостатком  однофазных асинхронных двигателей. Поэтому они всегда снабжаются пусковым устройством.

Пуск однофазного двигателя  осуществляется включением двух обмоток  в одну общую для них однофазную сеть. Для получения угла сдвига фаз между токами в обмотках, примерно равного ±p/2 (четверть периода), одну из обмоток (рабочую) включают в сеть непосредственно или с пусковым активным сопротивлением, а вторую обмотку (пусковую)  --- последовательно  с катушкой или с конденсатором  (Рис.10).

Пусковая обмотка включается только на период пуска в ход. В  момент когда ротор приобретает  определенную частоту вращения, пусковая обмотка отключается от сети центробежным выключателем или специальным реле  и двигатель работает как однофазный. В качестве однофазного двигателя  может быть использован любой  трехфазный асинхронный двигатель. При работе трехфазного двигателя  в качестве однофазного рабочая, или главная, обмотка, состоящая  из двух последовательно соединенных  фаз, являющаяся пусковой, или вспомогательной, обмоткой, включается в сеть через  пусковой элемент – резистор, катушку  или конденсатор.

Конденсаторный двигатель  представляет собой однофазный асинхронный  двигатель с двумя обмотками  на статоре и короткозамкнутым ротором. Вспомогательная обмотка рассчитана на длительное прохождение тока и  остается включенной не только при  пуске в ход двигателя, но и  при работе. При работе конденсаторного  двигателя возникает вращающееся  магнитное поле, которое улучшает его рабочие свойства. При увеличении емкости конденсатора возрастает пусковой момент двигателя. Однако увеличение емкости  батареи конденсаторов в рабочем  режиме нежелательно, так как это  ведет к снижению частоты вращения и кпд. Поэтому конденсаторные двигатели  выполняют с двумя батареями  конденсаторов – рабочей и  пусковой.

Рис.10

Синхронные двигатели  переменного тока

Синхронные двигатели  получили менее широкое применение чем асинхронные двигатели.  В  основном их используют в электроустановках, где требуется постоянная частота  вращения. Они обладают высоким коэффициентом  мощности cosj и могут работать как  синхронные компенсаторы реактивной энергии.

Устройство. Синхронный двигатель  состоит из неподвижного статора  и вращающегося ротора. В пазах  статора размещена обмотка переменного  тока, получающая питание от сети, а  в роторе обмотка возбуждения. Синхронные двигатели средней и большой  мощности выполняют с электромагнитным возбуждением. В этом случае расположенная  на роторе обмотка возбуждения получает питание от источника постоянного  тока через контактные кольца. Для  машин малой мощности применяют  постоянные магниты без обмотки  возбуждения. Ротор синхронного  двигателя с явновыраженными  и неявновыраженными полюсами.

Принцип действия.  В синхронном двигателе момент на валу машины создается  благодаря взаимодействию вращающегося магнитного поля статора и постоянного  магнитного поля ротора. Частота вращения ротора в синхронном двигателе не зависит от нагрузки и равна частоте  вращения поля статора. Вращение ротора только с синхронной частотой —  характерная особенность синхронного  двигателя.  Для пуска синхронного  двигателя в полюсных наконечниках ротора уложена пусковая обмотка, выполненная  наподобие короткозамкнутой обмотки  ротора асинхронных двигателей. Наличие  её позволяет пускать двигатель  как асинхронный. При достижении ротором угловой скорости 0,95w0  в его обмотку подают постоянный ток и двигатель входит в синхронизм.

Электрический привод

Современное промышленное и  сельскохозяйственное  производство  характеризуется большим многообразием  технологических процессов. Для  их осуществления человеком созданы  тысячи самых разнообразных машин  и механизмов.

Рабочая машина состоит из множества взаимосвязанных деталей  и узлов, один из которых непосредственно  выполняет заданный технологический  процесс или операцию, и поэтому  называется исполнительным органом (ИО).

Для совершения исполнительным органом технологической операции к нему должна быть подведена определенная механическая энергия от устройства, которое в соответствии со своим  назначением получило название привода. Привод вырабатывает механическую энергию, преобразуя её из других видов энергии. В современном промышленном производстве, коммунальном хозяйстве и в других областях наибольшее применение имеет  электрический привод (ЭП).

Такое широкое применение электроприводов объясняется целым  рядом его преимуществ по сравнению  с другими видами приводов: использование  электрической энергии, распределение  и преобразование которой в другие виды энергии наиболее экономично; большой диапазон мощности и скорости движения; разнообразие конструктивных исполнений и др.

Энергетическую основу производства составляет электрический привод, технический  уровень которого определяет эффективность  функционирования технологического оборудования. Развитие электрического привода идет по пути повышения экономичности  и надежности за счет дальнейшего      совершенствования двигателей, аппаратов, преобразователей, аналоговых и цифровых средств управления. Прогрессивным  явлением в этом процессе является применение микропроцессоров и микроЭВМ, позволяющих существенно расширить  функциональные возможности автоматизированного  электропривода и улучшить его технические  и экономические характеристики.

Электрический привод включает в себя ряд электротехнических, электронных  и механических устройств, в результате чего он представляет собой электромеханическую  систему. Общая структурная схема  приведена на рис.33, где утолщенными  линиями показаны силовые каналы  энергии, а тонкими линиями –  маломощные ( информационные) цепи.

Основным элементом любого электропривода  6 является электрический  двигатель 1, который вырабатывает механическую энергию (МЭ) за счет потребляемой электрической  энергии (ЭЭ), являясь электромеханическим  преобразователем энергии.

От электродвигателя механическая энергия через передаточное устройство 9  подается на исполнительный орган 7 рабочей машины 8, за счет чего он совершает  механическое движение. Функция передаточного  устройства заключается в согласовании движения электродвигателя и исполнительного  органа 7. Прогрессивным направлением развития электрического привода  является непосредственное соединение электродвигателя с исполнительным органом, что позволяет  повысить технико-экономические показатели работы комплекса «электропривод —рабочая машина».

Электрическая энергия потребляется электроприводом от источника 3 электроэнергии. Для получения электроэнергии требуемых  для электродвигателя параметров  и управления потоком этой энергии, что необходимо для управления движением  исполнительного органа, между двигателем и источником электроэнергии включается силовой преобразователь 2.

Управление преобразователем 2 осуществляется от маломощного блока 4 управления с помощью сигнала  управления Uу, который в общем  случае формируется от сигнала Uз, задающего  характер движения исполнительного  органа, и ряда дополнительных сигналов Uдс, дающих информацию о реализации технологического процесса рабочей  машины и характере движения исполнительного  органа, работе отдельных узлов электропривода, возникновении аварийных ситуаций и т.д. Преобразователь  2 вместе с  блоком 4 управления образуют систему 5 управления.

Отсюда следует, что:

Электрическим приводом называется электромеханическая система, состоящая  из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением.

В электроприводе наиболее характерным  является использование следующих  типов:

электродвигателей: постоянного  тока независимого, параллельного и  смешанного возбуждения, асинхронных, синхронных, шаговых и др.

механических передаточных устройств: цилиндрических и червячных  редукторов, цепных и ременных передач, электромагнитных муфт;

силовых преобразователей: управляемых  выпрямителей, инверторов тока и напряжения, регуляторов частоты и напряжения и импульсных регуляторов напряжения;

блоков управления: кнопок управления, командо-аппаратов, реле, логических элементов, микропроцессоров и управляющих  электронных машин.

Реализация электроприводов  может быть весьма разнообразной, что  находит отражение в классификации  электроприводов. Электроприводы классифицируют по характеру движения, видам и  реализации силового преобразователя, количеству используемых электродвигателей, видам источников электроэнергии, способам управления, наличию или отсутствию механической передачи и т.д.

По характеристике движения различают электроприводы вращательного  и поступательного движения, при  этом скорость исполнительного органа может быть регулируемой или нерегулируемой, а само движение – непрерывным  или дискретным, однонаправленным, двунаправленным (реверсивным) или  вибрационным (возвратно-поступательным).

По количеству используемых двигателей различают групповой, индивидуальный и взаимосвязанный электропривод.

Групповой электрический  привод характеризуется тем, что  один двигатель приводит в движение несколько исполнительных органов  одной или один исполнительный орган  нескольких рабочих машин.

 Индивидуальный электрический  привод обеспечивает  движение  одного исполнительного органа  рабочей машины.

 Взаимосвязанный электрический  привод представляет собой   два или несколько электрически  или механически связанных между  собой индивидуальных электрических  приводов, работающих совместно  на один или несколько исполнительных  органов. Если двигатели связаны  между собой механически и  работают на общий вал, то  такой взаимосвязанный электрический  привод называется  многодвигательным,  а если двигатели связаны электрическими  цепями, то такой взаимосвязанный  электропривод называется электрическим  валом.

По виду силового преобразователя  электрический привод отличается большим  многообразием. По характеру преобразования  напряжения можно выделить четыре вида силовых преобразователей: управляемые  и неуправляемые выпрямители, которые  преобразуют напряжение переменного  тока в напряжение постоянного (выпрямленного) тока; инверторы, выполняющие обратное преобразование; преобразователи частоты  и напряжения переменного тока, изменяющие параметры напряжения переменного  тока; импульсные преобразователи напряжения постоянного тока с различным видом модуляции выходного напряжения постоянного тока.

Названные виды силовых преобразователей могут быть выполнены на различной  элементной базе, а именно, с использованием электрических машин, ионных и полупроводниковых  элементов. Современные силовые  преобразователи являются, как правило, полупроводниковыми, в которых используются главным образом силовые транзисторы, диоды, тиристоры и их разновидности.

Конкретная реализация электрического привода может быть очень разнообразной. Тем не менее, работа электрического привода подчиняется общим закономерностям, связанным с процессом преобразования энергии, определением характера механического  движения и его управления. 

 Разомкнутые схемы управления электропривода 

К разомкнутым относятся  схемы, в которых для управления электрическим приводом не используются обратные связи по его координатам  или технологическим параметрам приводимых в движение рабочей машины или производственного механизма. Эти схемы, отличаясь простотой  своей реализации, широко используются там, где не требуется высокое  качество управления движением электропривода, в частности  для пуска, реверса  и торможения.

Разомкнутые схемы, осуществляя  управление электрическим приводом, обеспечивают защиту электропривода, питающей сети и технологического оборудования при возникновении различных  ненормальных режимов – коротких замыканий, перегрузке двигателей, исчезновении питающего напряжения или обрыва фазы питающей сети и т.д. Для этого  они содержат соответствующие аппараты и устройства, находящиеся во взаимодействии с устройствами управления двигателями. В разомкнутых схемах управления главным образом используется релейно-контакторная аппаратура, в состав которой входят командные маломощные аппараты, силовые  коммутационные аппараты с ручным и  дистанционным управлением, реле управления и защиты.

Замкнутые структуры электрического привода применяются в тех  случаях, когда требуется обеспечить движение исполнительных органов рабочих  машин с высокими показателями –  большим диапазоном регулирования  скорости и точностью её поддержания, заданным качеством переходных процессов  и точностью остановки, а также  высокой экономичностью или оптимальным (наилучшим)  функционированием технологического оборудования и самого электропривода. Основным признаком замкнутых структур является такое автоматическое (без  участия человека) управление электропривода, при котором электрический привод наилучшим образом выполняет  свои функции при всевозможных  управляющих и внешних возмущениях, действующих на рабочую машину или  электрический привод.