Регулирование скорости двигателей постоянного тока

Из уравнения электромеханической характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения следует, что возможны три способа регулирования его угловой скорости: 

1) регулирование за счет изменения величины сопротивления реостата в цепи якоря,

2) регулирование за счет изменения потока возбуждения двигателя Ф,

3) регулирование за счет изменения подводимого к обмотке якоря двигателя напряжения U. Ток в цепи якоря Iя и момент М, развиваемый двигателем, зависят только от величины нагрузки на его валу.

Изменяя сопротивление реостата в цепи якоря можно получить при номинальной нагрузке различные угловые скорости электродвигателя на искусственных характеристиках — ω1, ω2, ω3.

Проведем анализ данного способа регулирования угловой скорости двигателей постоянного тока с помощью основных технико-экономических показателей. Так как при данном способе регулирования изменяется жесткость характеристик в широких пределах, то при скоростях менее половины номинальной стабильность работы двигателя резко ухудшается. По этой причине диапазон регулирования скорости ограничен (D= 2 — З).

Скорость при данном способе можно регулировать в сторону уменьшения от основной, о чем свидетельствуют электромеханические и механические характеристики. Высокую плавность регулирования трудно обеспечить, так как потребовалось бы значительное количество ступеней регулирования и соответственно большое число контакторов. Полное использование двигателя по току (нагреву) в этом случае достигается при регулировании с постоянным моментом нагрузки.

Недостатком рассматриваемого способа является наличие значительных потерь мощности при регулировании, которые пропорциональны относительному изменению угловой скорости. Достоинством рассмотренного способа регулирования угловой скорости являются простота и надежность схемы управления.

Учитывая большие потери в реостате при малых скоростях, данный способ регулирования скорости применяется для приводов с кратковременным и повторно-кратковременным режимами работы.

При втором способе регулирование угловой скорости двигателей постоянного тока независимого возбуждения осуществляется изменением величины магнитного потока за счет введения в цепь обмотки возбуждения дополнительного реостата. При ослаблении потока угловая скорость двигателя как при нагрузке, так и при холостом ходе возрастает, а при усилении потока — уменьшается. Практически возможно изменение скорости только в сторону увеличения ввиду насыщения двигателя.

При увеличении скорости ослаблением потока допустимый момент двигателя постоянного тока изменяется по закону гиперболы, а мощность остается постоянной. Диапазон регулирования скорости для данного способа D = 2 — 4.

Механические характеристики для различных значений потока двигателя приведены на рис. 2, а и 2, б, из которых видно, что характеристики в пределах номинального тока имеют высокую степень жесткости.

Обмотки возбуждения двигателей постоянного тока независимого возбуждения обладают значительной индуктивностью. Поэтому при ступенчатом изменении сопротивления реостата в цепи обмотки возбуждения ток, а следовательно, и поток будут изменяться по экспоненциальному закону. В связи с этим регулирование угловой скорости будет осуществляться плавно.

Существенными преимуществами данного способа регулирования скорости являются его простота и высокая экономичность.

Данный способ регулирования используют в приводах в качестве вспомогательного, обеспечивающего повышение скорости при холостом ходе механизма.

Третий способ регулирования скорости заключается в изменении напряжения, подводимого к обмотке якоря двигателя. Угловая скорость двигателя постоянного тока независимо от нагрузки изменяется прямо пропорционально напряжению, подводимому к якорю. Поскольку все регулировочные характеристики являются жесткими, а степень их жесткости остается для всех характеристик неизменной, работа двигателя является стабильной на всех угловых скоростях и, следовательно, обеспечивается широкий диапазон регулирования скорости независимо от нагрузки. Этот диапазон равен 10 и может быть расширен за счет специальных схем управления.

При данном способе угловую скорость можно уменьшать и увеличивать относительно основной. Повышение скорости ограничено возможностями источника энергии с регулируемым напряжением и Uном двигателя.

Если источник энергии обеспечивает возможность непрерывного изменения подводимого к двигателю напряжения, то регулирование скорости двигателя будет плавным.

Данный способ регулирования является экономичным, так-так регулирование угловой скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения осуществляется без дополнительных потерь мощности в силовой цепи якоря. По всем перечисленным выше показателям данный способ регулирования по сравнению с первым и вторым наилучший.

Теги:скорость|двигатель|ток|нагрев

Плавное регулирование скорости. Двигатель постоянного тока (ДПТ). Двигатель ассинхронный с частотным регулированием

Плавное регулирование скорости.

• Достоинства:
• Возможность обеспечения оптимальной скорости.
• Сохранение постоянной контурной скорости в сложном исполнительном движении.
• Существует три способа бесступенчатого регулирования скорости (БРС):
• Электрический.
• Гидравлический.
• Механический.

Плавное регулирование скорости (электрическое).

Двигатель постоянного тока (ДПТ)

Я

где U – напряжение; Iя, Rя – сила тока и сопротивление в цепи якоря; Ф – магнитный поток двигателя; с – постоянная данной машины.

ОВД

Плавное регулирование скорости (электрическое).

Двигатель ассинхронный с частотным регулированием

где S – коэффициент скольжения, 0,02…0,05 При частоте тока в интервале 0,5…1,0 Гц (nДmin15…30 мин-1) до 50 Гц (nДн = 1500 мин-1) обеспечивается режим М = const. При последующим росте частоты до 400 Гц и более (nДmax ≥ 12000 мин-1) — зона регулирования с N = const.

Плавное регулирование скорости (электрическое).

Система генератор — ДПТ

Г

ДПТ

АД

Плавное регулирование скорости (электрическое).

Система генератор — ДПТ

Г

ДПТ

АД

С использованием электромашинного усилителя (ЭМУ)

Г

ДПТ

ТГ

АД

ЭМУ

На обмотку возбуждения

Плавное регулирование скорости (электрическое).

Система генератор — ДПТ

Г

ДПТ

АД

С использованием электромашинного усилителя (ЭМУ)

Г

ДПТ

ТГ

АД

ЭМУ

На обмотку возбуждения

Тиристорный привод

ТП

ДПТ

ТГ

Плавное регулирование скорости (электрическое).

N — const

N

M — const

D < 10

n

nmin

nн

nmax

Общий недостаток – непостоянство мощности на валу двигателя во всем диапазоне регулирования скорости

Плавное регулирование скорости (механическое).

Вариатор с широким клиновым ремнем

Плавное регулирование скорости (механическое).

Тороидальный вариатор (Светозарова)

Плавное регулирование скорости (механическое).

Сфероконический вариатор

Плавное регулирование скорости (механическое).

Чашечноконический вариатор

Плавное регулирование скорости (механическое).

Торцевоконический вариатор

Общий недостаток – значительное падение скорости под нагрузкой

Коробки скоростей

Ступенчатое регулирование скорости

Коробки скоростей

Картина частот вращения (график чисел оборотов) об/мин

lgφ

IV

V

VI

I

III

II

Коробки скоростей

Картина частот вращения (график чисел оборотов)

об/мин

lgφ

IV

V

VI

I

III

II

Коробки скоростей

Картина частот вращения (график чисел оборотов)

об/мин

1600

1450

1250

1000

800

630

500

400

315

lgφ

250

200

160

125

100

80

63

IV

V

VI

I

III

II

Коробки скоростей

Картина частот вращения (график чисел оборотов)

об/мин

1600

1450

1250

iрп

1000

800

630

500

400

315

lgφ

250

200

160

125

100

80

63

IV

V

VI

I

III

II

Коробки скоростей

Картина частот вращения (график чисел оборотов)

об/мин

1600

i1

1450

1250

iрп

1000

i2

800

i3

630

500

400

315

lgφ

250

200

160

125

100

80

63

IV

V

VI

I

III

II

Коробки скоростей

Картина частот вращения (график чисел оборотов)

об/мин

i4

1600

i1

1450

1250

iрп

1000

i2

800

i3

630

500

400

315

lgφ

250

200

160

125

100

80

63

IV

V

VI

I

III

II

Коробки скоростей

Картина частот вращения (график чисел оборотов)

об/мин

i4

i6

1600

i1

1450

1250

iрп

1000

i2

800

i3

630

500

i5

400

315

lgφ

250

200

160

125

100

80

63

IV

V

VI

I

III

II

Коробки скоростей

Картина частот вращения (график чисел оборотов)

об/мин

i4

i8

i6

1600

i1

1450

1250

iрп

1000

i2

800

i3

630

500

i5

400

315

lgφ

250

200

i7

160

125

100

80

63

IV

V

VI

I

III

II

Коробки скоростей

Картина частот вращения (график чисел оборотов)

об/мин

i4

i8

i6

1600

i1

1450

1250

iрп

1000

i2

800

i3

630

500

i5

400

315

lgφ

250

200

i7

160

125

100

i9

80

63

IV

V

VI

I

III

II

Коробки скоростей

Картина частот вращения (график чисел оборотов)

1600 (1570)

1250 (1246)

1000 (982)

800 (766)

630 (608)

500 (479)

400 (383)

315 (304)

250 (240)

200 (199)

160 (158)

125 (124)

100 (99)

80 (79)

63 (62)

Δn =  10(φ – 1) %

Коробки скоростей

Картина частот вращения (график чисел оборотов)

Коробки скоростей

Картина частот вращения (график чисел оборотов)

Основы управления перепадом давления в насосах с переменной скоростью —

Следует признать, что большинство систем имеют более одного змеевика и насоса, но этот простой пример поможет нам представить фундаментальную концепцию управления перепадом давления, которая является важной частью переменной скорости управление насосом.

В нашем примере у нас есть расчетный расход 1000 галлонов в минуту и ​​80 футов (40 футов + 40 футов) переменных потерь напора в трубопроводе, плюс 20 футов управляющего напора. Как мы узнали из нашего последнего блога, контрольный напор, также называемый «постоянным напором», — это минимальный напор насоса, который у нас всегда будет. Даже при нулевом расходе система должна обеспечивать такой большой напор.

Обратите внимание, что датчик давления расположен для измерения перепада давления на стороне подачи змеевика и сразу после двухходового клапана на другой стороне змеевика. Датчик перепада давления подключен к блоку управления насосом с регулируемой скоростью. В системе с регулируемым перепадом давления мы используем эти компоненты, чтобы убедиться, что наша управляющая головка остается на заданном значении, которое в данном случае составляет 20 футов.

При полных расчетных условиях у нас есть 1000 галлонов в минуту на высоте 100 футов (40 футов + 40 футов + 20 футов). Но что происходит, когда спрос в этой системе начинает падать?

Последовательность операций для системы, в которой используется датчик перепада давления для изменения скорости насоса, выглядит следующим образом:

1. Когда потребление падает, регулирующий клапан начинает закрываться
2. Закрытие регулирующего клапана приводит к падению потока в системе
3. Когда регулирующий клапан закрывается, датчик перепада давления распознает увеличение перепада давления на змеевике и регулирующем клапане
4. Это увеличение перепада давления побуждает контроллер насоса снизить скорость насоса
5. Насос замедляется до тех пор, пока не восстановится контрольный перепад давления (20 футов в данном примере)

На какую логику полагается контроллер насоса для регулирования скорости?

Конечно, это все математика, и она восходит к законам подобия насосов. В частности, если вы сократите поток вдвое, вы уменьшите переменную потерю напора в 4 раза. Таким образом, используя наши проектные координаты 1000 галлонов в минуту и ​​100 футов напора в качестве отправной точки, любая другая рабочая точка для насоса может быть вычислено. Вот где System Syzer пригодится как удобный инструмент, но мы также можем выполнить расчеты вручную и построить кривую управления системой.

Итак, в нашем примере, если расход падает с 1000 галлонов в минуту до 500 галлонов в минуту, то потеря напора в нашей системе падает со 100 футов до 40 футов.

Все еще не знаете, откуда взялись эти цифры? Посмотрите на рисунок ниже. Если наши потери в трубопроводе с обеих сторон змеевика составляли 40 футов при 1000 галлонов в минуту, то при 500 галлонах в минуту наш напор упадет до одной четверти 40 футов или 10 футов напора с каждой стороны змеевика.

Это наша переменная потеря напора. Помните, что мы должны поддерживать перепад давления в 20 футов на змеевике и регулирующем клапане (из-за расположения датчика перепада давления). 10 + 20 + 10 равняется 40 футам головы. При половинном потоке потеря напора системы составляет 40 футов.

Используя ту же формулу, мы (или еще лучше, System Syzer) можем рассчитать остальные координаты, которые мы можем использовать для построения следующей кривой управления:

Регуляторы скорости

Регуляторы скорости могут приложения со встроенными опциями встроенных обратных клапанов, двойным управлением расходомером на входе/выходе, точными индикаторами расхода и многим другим. Возможности защиты от несанкционированного доступа также обеспечивают защищенные меры скорости для приложения.

AS/JAS (со встроенным быстродействующим фитингом)

Использование регуляторов скорости SMC со встроенными быстродействующими фитингами сокращает время установки, уменьшает монтажную высоту и обеспечивает более компактную конструкцию машины. Эти регуляторы скорости позволяют вращать корпус, облегчая установку. Доступны с размерами резьбы от M3 до 1/2 дюйма (NPT) и метрической R (PT), а также с размерами труб от 3,2 до 12 мм (метрические) и от 1/8 до 1/2 (дюймы), а также с опциональными локоть и универсальный стиль (повышенная гибкость), а также входной и выходной счетчики, эти регуляторы скорости предназначены для большинства применений.

AS (Стандарт)

Легкий, компактный и точный контроль делают эти регуляторы скорости правильным выбором для многих тяжелых условий эксплуатации. Эти регуляторы скорости предлагаются с линейной и коленчатой ​​конструкцией, чтобы обеспечить самый широкий выбор для вашего уникального применения. Стопорные гайки включены в стандартную комплектацию, а также упрощенный монтаж. Размеры резьбы варьируются от M3 до 2 и доступны как в дюймах (NPT), так и в метрических R/Rc (PT).

AS (остаточное давление)

Это управление скоростью можно использовать для сброса давления, которое может быть захвачено ниже по потоку. Эти регуляторы скорости, доступные с быстродействующими фитингами и стандартной резьбой, четко идентифицируются по привлекательной красной регулировочной ручке и встроенной кнопке разблокировки. Серия предлагается в размерах от 1/8 до 1/2 метрического R(PT).

AS (нержавеющая сталь)

Серия «-FG» подходит для применений, где требуются технические характеристики, не содержащие медь, и может использоваться в областях, где промывка может ухудшить стандартные регуляторы расхода, например, в пищевой промышленности и упаковке. Эта серия предназначена для обеспечения максимального контроля за счет увеличения числа оборотов иглы до 10. Корпус и регулировка сделаны из ударопрочной белой смолы для аккуратного вида. В эту серию также входит быстродействующий фитинг SMC, доступный для трубок с наружным диаметром от 4 до 12 мм.

AS (низкая скорость)

Там, где для управления приводами на очень низких скоростях требуется ограниченная регулировка, например, при работе с хрупким материалом или плавном управлении технологическим процессом, серия «-FM» была разработана исключительно для удовлетворения этого требования. Эффективная площадь отверстия была уменьшена до 1/10 от стандартной серии, но по-прежнему сохраняется 10 оборотов регулировочной иглы (20 оборотов для размера M5). Эта серия поставляется в комплекте с быстроразъемными фитингами и доступна в угловом и универсальном исполнении. В настоящее время доступны метрические размеры для труб с наружным диаметром от 3,2 мм до 10 мм и размерами резьбы от M5 до ¼ R (PT).

АСД

Серия ASD сочетает в себе двойной регулятор скорости с входом и выходом в одном корпусе. Серия доступна с портами PT или NPT, а быстроразъемные фитинги входят в стандартную комплектацию. Также доступны версии с защитой от несанкционированного доступа и регулируемые плоской отверткой для дополнительной защиты от непреднамеренного срабатывания.

ASG

Подходит для применений, где требуется отсутствие меди, серия из нержавеющей стали также может использоваться в областях, где промывка может повредить стандартные регуляторы потока, такие как продукты питания и упаковка.

АСП

Серия ASP представляет собой регулятор скорости со встроенным пилотным обратным клапаном. Эта комбинация позволяет контролировать скорость вращения цилиндров и разрешает временные промежуточные остановки. В стандарте ASP используется химическое никелирование всех латунных деталей, что обеспечивает свободу выбора направления монтажа трубки на 360 градусов.

ASR/ASQ

ASR/ASQ (клапан PFC/QFC) может снизить потребление воздуха на 25%.
Регулирующий клапан PFC имеет функцию регулировки давления и контроля скорости.
Клапан управления QFC обеспечивает высокую скорость выхлопа и скорость цилиндра.
функция контроля. Серия ASR/ASQ с быстроразъемным соединением (клапан давления/расхода),
может снизить потребление воздуха на 40%. Клапан давления имеет регулятор с
обратный клапан, плюс регулятор скорости. Проточный клапан обеспечивает быструю подачу и
выпускной клапан, плюс регулятор скорости.

АСС

Предохранительный клапан управления скоростью серии ASS (клапан SSC) доступен в двух вариантах управления: входной и выходной. Оба являются регулирующими клапанами с функцией контроля скорости цилиндра и функцией быстрой подачи воздуха. В стиле метр-аут также используется фиксированный дроссель. Этот клапан SSC предотвращает несчастные случаи, вызванные внезапным удлинением штока цилиндра, путем управления входом дозатора при отсутствии давления и возобновлением обычного контроля расхода после того, как в цилиндре образовалось давление.

ASV/JASV

Регуляторы скорости выхлопа серий ASV и JASV обеспечивают эффективную площадь потока, которая в два раза больше, чем у регулятора скорости. Они включают в себя клапан быстрого выпуска и функции дозирования, чтобы обеспечить работу цилиндра на высокой скорости, и могут быть полезны при решении проблем с конденсацией, которые могут возникнуть в некоторых приложениях. В стандартную комплектацию этих устройств входят глушитель, фитинг One-touch и пластиковый корпус. Все детали из латуни покрыты химическим никелем.

АСН2

Дозирующий клапан с глушителем серии ASN2 обладает превосходными характеристиками звукоизоляции. Более 20 дБ при максимальной скорости потока. Скорость цилиндра легко регулируется формой стрелки, такой же, как у регулятора скорости. Фиксатор предотвращает случайную потерю иглы.

АК

Обратные клапаны серии AK/AKH/AKB предлагаются в различных конфигурациях для обеспечения проектных решений в зависимости от условий эксплуатации.