Переходные режимы в приводах с двигателями постоянного тока последовательного возбуждение

Теги: физика электротехника математика машиностроение электропривод электросхемы
Похожие
Общий курс электропривода. Для студентов вузов
Электрический привод. Учебник
Теория электропривода
Электрический привод
Текст
                    При этом установившееся значение тока в конце торможе-
ния /с2 меньше установившегося значения тока /С1 до на-
чала торможения.
Если принять изменение магнитного потока во времени
Ф* == f (0 по экспоненте (рис. 7.21) и заменить ее ступен-
чатым графиком с равными интервалами по времени Д/,
то, воспользовавшись методикой, изложенной § 7.3, мож-
но построить кривые изменения угловой скорости и тока
якоря при торможении (рис. 7.22).
7.7.	Переходные режимы в приводах
с двигателями постоянного тока
последовательного возбуждения
В этом случае переходные процессы иссле-
дуются графо-аналитическими методами, так как магнитный
поток двигателя изменяется нелинейно в зависимости от
тока якоря. Для определения зависимостей со = f (I) и
I = Д (/) может быть использована изложенная выше мето-
Рис. 7.23. Зависимость со = f (f)
и i — f (/) при ступенчатом пус-
ке двигателя постоянного тока
последовательного возбуждения,
Рис. 7.24. Принципиальная схе-
ма реверсирования двигателя
постоянного тока последова-
тельного возбуждения.
дика графо-аналитического решения уравнений переход-
ных процессов.
Примерный вид кривых угловой скорости и тока якоря
двигателя последовательного возбуждения при ступенчатом
пуске показан на рис. 7.23.
Принципиальная схема реверсирования двигателя пос-
тоянного тока последовательного возбуждения дана на
290
рис. 7.24. При переключении переключателя К. из правого
положения в левое двигатель из установившегося режима
при со = сос и I — /с переходит в режим противовключения,
Рис. 7.25. Характеристика со = f (/)
при реверсировании двигателя по-
стоянного тока последовательного
возбуждения,’
На рис. 7.25 кривая 1 — естественная характеристика дви-
гателя, а кривая 2 — характеристика в режиме противо-
включения.
7.8.	Переходные режимы в приводах
с асинхронными двигателями
трехфазного тока
При исследовании переходных режимов в при-
водах с асинхронными двигателями в первом приближении
пренебрегаем электромагнитными процессами, так как они
протекают значительно быстрее электромеханических про-
цессов.
Пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ро-
тором небольшой и средней мощности обычно осуществля-
ется при полном напряжении (прямой пуск).
Иногда пуск двигателей с короткозамкнутым ротором
с целью ограничения тока или момента осуществляется при
напряжении, пониженном с помощью дополнительных ре-
зисторов или реакторов, включаемых в цепь статора, или
же посредством тиристорного регулятора напряжения.
Пуск двигателей с фазным ротором осуществляется по-
средством пускового резистора Rp, включаемого в цепь
ротора двигателя (рис. 7.26). Число пусковых ступеней
резистора и величина их сопротивлений определяются
условиями пуска электропривода.
Если для упрощения принять, что двигатель разго-
няется без нагрузки (Л4С = 0) в одну пусковую ступень
10*	291
или напрямую, и учесть, что момент, развиваемый двига-
телем,	M=-;2yK;-, sIt/s-J-s/sI£
то уравнение движения привода запишется так:
2МК j с’м
«кЛ + Фк ~ J dt'
(7.59)
Из предыдущего известно, что со = со0(1 —s) и, сле-
довательно,
dw__ ds _
И — — wo^-;
тогда
2МК _____ г ds
®к/з-Ь®/8к	° dt
После разделения переменных
или
(7.60)
где Тя — J&0/MK — электромеханическая постоянная вре-
мени .
Рис. 7.27. Кривые w/w0 = f (t/Ta) при пуске
асинхронного двигателя для различных зна-
чений sK.
Рис. 7.26. Принципиальная схема пуска
асинхронного двигателя.
Электромеханическая постоянная времени в данном
случае — это время, в течение которого привод с моментом
инерции J разгонится до синхронной угловой скорости соо
под действием момента, равного максимальному Мк.
292
Из (7.60) получаем время пуска двигателя
5нач
5кон
(7-61)
При пуске двигателя из неподвижного состояния (зшч —
1)
/ P-s2
п0 2 \ 2sK
Нк Inj-
(7.62)
Если принять, что s = 0, то ta — оо. Практически
можно считать пуск закончившимся тогда, когда значение
скольжения будет отличаться не больше чем на 0,05 его
установившегося значения. Тогда время пуска без нагрузки
1,0	2 \ 2sK
^Sr 1П 0,05 )’
Пренебрегая в первом члене значением 0,052 (по сравне-
нию с 1), получаем в относительных величинах
^по/Т’м—l/4sK -f-1,5sK.	(7.63)
Следовательно, относительное время пуска зависит
от значения sK (рис. 7.27), которое пропорционально сопро-
тивлению цепи ротора.
Пользуясь (7.63), можно установить, что время пуска
имеет минимальное значение
(МЛ,)ниа= 1.22
при sK = 0,407 (рис. 7.28).
Минимальное время пуска при прочих равных усло-
виях определяется наибольшим эффективным значением
момента двигателя за период пуска. Это значение эффек-
тивного момента соответствует, очевидно, наибольшей пло-
щади (рис. 7.29), ограниченной кривой М — f (s). Под
эффективным моментом понимается такой постоянный мо-
мент, при котором время пуска при прочих равных усло-
виях одинаково с временем пуска при фактическом моменте.
Время пуска без нагрузки (Мс = 0) может быть опре-
делено через значение эффективного момента по формуле
Со 7(Оо/Л1эф)П.
Отсюда значение эффективного момента при пуске
А4дф. п 7(Оо//до.
293
Если в эту формулу подставить значение /и0 из (7.63),
то после преобразований получим:
Мэф.п = MKsK/(0,25+ 1,5sk).	(7.64)
По (7.64) (см. рис. 7.28) построена зависимость Л4эф =
= f (sK). Эффективный момент при пуске имеет максималь-
ное значение при sK = 0,407 и равен 0,81 Л4К. На рис. 7.29
кривая 2 отвечает этому случаю. Максимальное значение
эффективного момента Л4эф (см. рис. 7.28) соответствует
минимальному времени пуска двигателя.
Рис. 7.29. Зависимости М/Мк =
= f (s) при различных значе-
ниях sK.
1 — sK < 0,407;	2 _ sK = 0,407;
Ступенчатый пуск двухскоростных и многоскоростных
двигателей производится вначале присоединением к сети
обмоток статора так, чтобы получить наибольшее число
полюсов. Затем, по достижении двигателем установившейся
угловой скорости, соответствующей этому числу полюсов,
его обмотки переключаются на меньшее число полюсов,
при этом двигатель вновь ускоряется, разгоняясь до боль-
шей угловой скорости.
На рис. 7.30 показаны механические характеристики
двухскоростного асинхронного двигателя. Вначале дви-
гатель соответственно характеристике, отвечающей числу
пар полюсов 2р, разгоняется до угловой скорости а»! при
моменте нагрузки Л4С, после чего происходит переключение
на число пар полюсов р, и с начальным моментом Л4( дви-
гатель начинает разгоняться до угловой скорости со2.
Кривая изменения угловой скорости от времени может
быть построена по (7.62) для первой ступени в предположе-
£94
нии, что скольжение изменяется от 1 до 0,05, Тк = ТК1 =
= J<оО1/7Ик1, sK = sK1. Расчет кривой угловой скорости
для второй ступени производится по той же формуле,
однако начальным скольжением будет 0,5, а конечным
0,05; кроме того, Тк = Т,.2 = JcoO2 /Л1к2 и sK = sK2.
Полное время пуска равно сумме времен разгона на
первой и второй ступенях. Для рассмотренного случая
время ступенчатого пуска окажется меньшим, чем время
разгона в одну ступень до той же наибольшей угловой
скорости. Аналогично производится построение кривой
изменения угловой скорости во времени при другом числе
пар полюсов двигателя.
Рис. 7.30. Характеристики двух-
скоростного асинхронного двига-
теля при двухступенчатом пуске.
Рис. 7.31. Принципиальная
схема реверсирования асин-
хронного двигателя.
Торможение противовключением и реверсирование асин-
хронного двигателя осуществляются переключением двух
фаз статора (рис. 7.31). Характеристики со = f (Л1), иллю-
стрирующие переход из двигательного режима в режим
противовключения, показаны на рис. 7.32.
Кривая 1 соответствует торможению, когда ротор замк-
нут накоротко, кривые 2 и 3 — условию, что в цепи ротора
включены резисторы с сопротивлением соответственно
Rp2 < RpS-
При = 0 и с учетом того, что при противовключе-
нии s = (соо + ®)/®0, уравнение движения привода примет
вид:
2Л1,- т ds
—7—i--7~~ — ” СОп 777 *
sK/s + s/sK и at
После преобразований можно получить в общем виде
Для времени торможения такое же выражение, как и (7.61).
295
Учитывая, что торможение происходит в пределах
скольжений от sHS4 = 2 до sK0H = 1, получаем:
/то= rM(0,345sK + 0,75/sK).	(7.65)
Аналогично случаю пуска время торможения противо-
включением имеет минимальное значение
(*то/ЛХЙН= 1,027 при sK = 1,47.
На рис. 7.32 характеристика 3 соответствует случаю,
когда sK = 1,47 и эффективное значение тормозного момента
имеет наибольшее значение. Аналогично предыдущему
Рис. 7.32. Характеристики асинхрон-
ного двигателя о = f (Л4) при пере-
ключении из двигательного режима на
торможение противовключением.
Рис. 7.33. Принципиаль-
ная схема динамического
торможения асинхронного
двигателя.
может быть найдено эффективное значение момента при тор-
можении противовключением:
Л1эф,т = AlKsK/(0,75 + 0,345s*).	(7.66)
Если sK = 1,47, то эффективный момент имеет макси-
мальное значение при торможении Мэ^т<тах = 0,98 Л4К.
Зная значение эффективного момента при пуске или при
торможении противовключением, можно в случае постоян-
ства момента сопротивления Мс определить время пуска
или торможения под нагрузкой:
^п(т)=^/(Л1эф,п(т)Ч=Мс).	(7.67)
В (7.67) знак минус относится к режиму пуска двига-
теля, знак плюс к режиму торможения. Время реверсиро-
вания можно рассматривать как сумму времен торможе-
ния противовключением и разбега в обратном направлении.
296
Динамическое торможение осуществляется чаще всего
при переключении на ходу обмотки статора от источника
переменного тока на источник постоянного тока (рис. 7.33).
Соответствующие характеристики динамического тормо-
жения получаются при введении резисторов /?, в цепь
ротора (рис. 7.34). Характеристика 7?т1 относится к слу-
чаю, когда сопротивление резисторов /?т = 0.
Для ограничения постоянного тока вводится дополни-
тельный резистор 7?Д1Т.
Рис. 7.34. Характеристики асинхронного двигателя со = f (Л-1) при
переключении из двигательного режима на динамическое торможение.
Если торможение производится без нагрузки, то урав-
нение движения запишется следующим образом:
-----, =	(7.68)
sk,t/s4-s/sk,t dt	'
После преобразований, принимая во внимание, что
s = со/соо, получаем время торможения
Когда sHa4 = 1,0, a sK0H = 0,05, формулу (7.69) можно
представить в виде
д = Т., (l,5sK т + у!—V	(7.70)
1 > Д	” I '	1 1 Л с / '	\	'
,	\	т/
где Тя = 7©О/Л1К.Т — электромеханическая постоянная вре-
мени при динамическом торможении.
Так как формула (7.70) аналогична (7.63) для времени
пуска асинхронного двигателя без нагрузки, то-значение
эффективного момента двигателя при динамическом тор-
можении может быть найдено по формуле, аналогичной
(7.64).
297
Очевидно, что минимальное время торможения, так же
как и при пуске, соответствует sK,T = 0,407.
Рекуперативное торможение асинхронного двигателя
возможно, если угловая скорость его оказывается выше
синхронной. Этот способ торможения может быть осущест-
влен при управлении, например, двух- или многоскорост-
ными двигателями в случае переключения обмоток статора
работающего двигателя с меньшего числа полюсов на
большее. Построив механическую характеристику двига-
теля в генераторном режиме работы параллельно с сетью
и определив из нее максимальный момент и критическое
скольжение, подсчитав электромеханическую постоянную
времени для данного случая и задавшись пределами из-
менения скольжения, можно аналогично предыдущему по-
строить кривую зависимости
угловой скорости от времени
и определить время торможе-
ния.
Торможение двух- или
многоскоростного двигателя
может быть ступенчатым —
Рис, 7.35. Характеристики ступен-
чатого торможения двухскорост-
ного асинхронного двигателя.
вначале рекуперативным, а затем торможением противо-
включением (или динамическим торможением).
На рис. 7.35 показан процесс двухступенчатого тормо-
жения двухскоростного двигателя.
Если не учитывать время коммутации аппаратов управ-
ления, то можно считать, что время торможения при сту-
пенчатом торможении существенно меньше, чем при тор-
можении в одну ступень, за счет увеличения эффективного
тормозного момента.
В случае использования четырехскоростного двига-
теля можно осуществить рекуперативное торможение в три
ступени; на последней, четвертой ступени торможения
осуществляется противовключение при наибольшем числе
полюсов статорной обмотки. Плавное рекуперативное тор-
можение осуществляется при частотном управлении асин-
хронным двигателем в случае, если преобразователь час-
тоты обладает двусторонней проводимостью.
298
7.9.	Электромагнитные переходные
процессы в приводах с асинхронными
двигателями
Для анализа переходных процессов в приводах с асин-
хронным двигателем до сих пор использовались его статические ха-
рактеристики. При этом предполагалось, что каждому значению угло-
вой скорости соответствуют строго определенные значения токов,
зависящие от параметров обмоток, частоты напряжения и его значе-
ния на выводах двигателя. Из этого предположения следует, что при
подключении двигателя к сети в его обмотках мгновенно возникают
токи, определяющие также мгновенное появление электромагнитного
момента, причем ток и момент могут быть рассчитаны по фор?лулам,
соответствующим схеме замещения асинхронного двигателя. Такой
подход к анализу переходных режимов является упрощенным, по-
скольку он исключает из рассмотрения электромагнитные переходные
процессы.
Рис. 7.36. Статическая и дина-
мическая механические харак-
теристики асинхронного двига-
теля.
асинхронного двигателя.
а — без учета электромагнитных
переходных процессов; б — с уче-1
том электромагнитных процессов.
Асинхронная машина представляет собой сложную систему маг-
нитно-связанных контуров (фазных обмоток), расположенных на ста-
торе и роторе, причем взаимоиндуктивность между отдельными кон-
турами при вращении ротора изменяется. При подключении к сети
переменного тока такой сложной цепи в ее контурах возникают пере-
ходные токи, которые могут существенно отличаться от их установив-
шихся значений. Отметим, что каждая точка механической характе-
ристики асинхронного двигателя (кривая 1 на рис. 7.36) соответствует
установившимся для данной угловой скорости значениям токов в об-
мотках статора и ротора.
Если теперь, пользуясь статической механической характери-
стикой, построить, например, процесс пуска двигателя, то графики
изменения угловой скорости и момента во времени будут иметь вид,,
аналогичный приведенным на рис. 7.37, а. Однако эти графики не бу-
дут соответствовать реальным изменениям переменных при переход-
ном процессе, так как для данной угловой скорости ротора переход-
ные токи отличаются от соответствующих установившихся значений.
299
Следовательно, электромагнитный момент двигателя в переходном про-
цессе также будет отличаться от своего установившегося значения,
определяемого по кривой 1 для соответствующей угловой скорости.
На рис. 7.37, б приведены примерные графики изменения момента
и угловой скорости при пуске двигателя с учетом электромагнитных
переходных процессов. Если по графикам .рис. 7.37, б построить за-
висимость со = f (Л4), то она будет иметь вид кривой 2, изображен-
ной на рис. 7.36. Характеристика 2 на рис. 7.36 называется динами-
ческой механической характеристикой. Каждая точка последней соот-
ветствует определенному моменту времени переходного процесса. Так,
точка О динамической механической характеристики пуска двигателя
соответствует началу переходного процесса, точка А на рис. 7.36 — вре-
мени tA на рис. 7.37, б, а точка со0 — окончанию переходного процесса
на рис. 7.37, б, причем это время теоретически равно бесконечности.
В отличие от статической механической характеристики динами-
ческая характеристика (фактически это фазовая траектория переход-
ного процесса) определяется не только параметрами обмоток двига-
теля, но и параметрами системы электропривода (момент инерции,,
статический момент), а также видом переходного процесса (пуск, ре-
верс и т. п.). При изменении последних изменяется характер пере-
ходных токов, а следовательно, и переходных моментов, что влечет
за собой изменение динамической механической характеристики.
Следовательно, асинхронный двигатель при данных напряжении сети
и параметрах обмоток обладает одной статической и множеством дина-
мических механических характеристик (фазовых траекторий перехо-
дных процессов).
Рассматривая начальные участки графиков электромагнитного
момента, приведенных на рис. 7.37, а и б, отметим, что максимальное
значение переходного момента существенно, в несколько раз, превы-
шает пусковой момент. Это объясняется тем, что максимальные зна-
чения переходных токов могут значительно превысить амплитуду
пусковых токов двигателя. Поля, образуемые свободными токами,
могут либо усиливать, либо ослаблять основное поле, создаваемое
принужденными, т. е. установившимися, токами, вызывая соответ-
ствующее увеличение или уменьшение переходного электромагнитного
момента. Иногда значение момента может быть даже отрицательным
(рис. 7.37, б) на начальном участке переходного процесса. Как видно
из рис. 7.37, б, изменение электромагнитного момента асинхронного
двигателя носит характер затухающих колебаний со значительными
амплитудами на начальном участке переходного процесса.
Детальное изучение электромагнитных переходных процессов
в асинхронном двигателе при пуске с полным напряжением показы-
вает, что колебания момента практически полностью затухают к мо-
менту достижения угловой скоростью значения, соответствующего
критическому скольжению на статической механической характери-
стике. При дальнейшем увеличении угловой скорости двигателя элек-
тромагнитные переходные процессы проявляются следующим образом.
При скольжении двигателя, меньшем критического, ток в обмотке
ротора машины, определяемый по статической характеристике (рис.
7.38), резко изменяется с изменением угловой скорости. Однако из-за
влияния индуктивности обмоток машины ток ротора не успевает из-
мениться так, как это следует из зависимости со = ; (/>) (рис. 7.38).
Очевидно, чем больше жесткость рабочего участка статической меха-
нической характеристики и чем меньше момент инерции ротора дви-
гателя, тем в большей степени изменение токов будет отставать от из-
300
менения угловой скорости. Е результате влияния этих факторов при
синхронной угловой скорости двигателя токи ротора могут быть
не равны 0, поэтому соответственно момент двигателя не равен 0, и
ротор разгоняется до угловой скорости, превышающей синхронную.
Далее, токи ротора уменьшаются, уменьшается момент, развиваемый
двигателем, а значит, уменьшается угловая скорость и т. д. Поэтому
в конце переходного процесса пуска изменения угловой скорости и
момента двигателя имеют затухаю-
щий колебательный характер. Чем
мягче рабочий участок статичес-
кой механической характеристики
и чем больше момент инерции ро-
тора, тем меньше амплитуда этих
колебаний н тем быстрее они зату-
хают. Практически колебания уг-
Рис. 7.38. Статическая характери-
стика со = f (/2) асинхронного дви-
гателя.
ловой скорости и момента двигателя в конце переходного процесса
пуска наблюдаются не всегда.
Итак, анализ электромагнитных переходных процессов на при-
мере пуска двигателя показывает, что в начале переходного процесса
момент двигателя определяется переходными токами, обусловленными
в основном коммутационными операциями, а в конце переходного
процесса зависимость М (1) определяется соотношением механической
инерций ротора (момент инерции ротора) и электромагнитной инерции,
связанной с индуктивностями обмоток асинхронной машины.
Изучение электромагнитных переходных процессов в асинхрон-
ном двигателе имеет теоретическое и практическое значение, поскольку,
как показано выше, исключение из рассмотрения их влияния иска-
жает действительное представление о характере переходных процессов
в асинхронном электроприводе. Исследования показывают, что мак-
симальные значения переходного момента могут существенно превы-
сить номинальный момент двигателя: при пуске в 2—4 раза, при ре-
версировании в 8—15 раз, что следует учитывать при анализе свойств
конкретного электропривода.
ГЛАВА ВОСЬМАЯ
ФОРМИРОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ
ПРОЦЕССОВ
8.1.	Общие положения
Ранее было показано (см. гл. 7), как возни-
кающие переходные процессы протекают в электроприводе
при изменении управляющего воздействия скачком. В этом
случае рассматривались условия пуска, торможения, ре-
301
версирования, перехода от одной угловой скорости к дру-
гой при моментах двигателей постоянного и переменного
тока, зависящих от угловой скорости. Однако условия ра-
боты производственных механизмов требуют от электро-
привода обеспечения соответствующего формирования пе-
реходных режимов, направленного на достижение либо
максимального быстродействия, либо минимума потерь,
либо ограничения динамических нагрузок, возникающих
в элементах кинематических цепей, связывающих электро-
привод с рабочим органом машины, и т. д. Управление
переходными процессами электропривода может создать
максимальное быстродействие при соответствующих огра-
ничениях. Например, для двигателя постоянного тока
Рис. 8.1. Графики зависимости
угловой скорости, углового уско-
рения и производной углового
ускорения от времени, обеспечива-
ющие ограничение динамических
нагрузок привода.
одно из таких ограничений состоит в том, что ток в якоре
не должен по условиям коммутации превосходить 2—2,5-
кратного значения номинального. Другим ограничением,
например при отработке заданного перемещения, является
недопустимость превышения некоторого максимального зна-
чения угловой скорости, определяемого условиями коммута-
ции и механической прочностью якоря.
В большинстве случаев надо так формировать переход-
ные процессы, чтобы ограничивать угловое ускорение
привода, т. е. первую производную угловой скорости
da/dt, и ограничивать вторую производную угловой ско-
рости р = d2a !dt~ (рывок) или первую производную мо-
мента двигателя dM/dt— Jd2a/dt2 при Л1с = const. В ка-
честве примера можно сослаться на электропривод лифта,
где необходимо ограничить ускорение, превышение кото-
рого неблагоприятно сказывается на самочувствии пасса-
жиров и важно для снижения динамических усилий в ка-
802
натах и кабине лифта. Максимальные значения ускорений
и замедлений при движении кабины не должны превышать
1,5—2 м/с2, производная ускорения и замедления для ско-
ростных лифтов 3—10 м/с3.
Графики зависимости угловой скорости, углового ус-
корения (или пропорционального ему тока при /Ис = 0) и
производной углового ускорения от времени, обеспечиваю-
щие требуемое ограничение динамических нагрузок, при-
ведены на рис. 8.1.
Вкратце рассмотрим формирование переходных процес-
сов для двух практических случаев: 1) при линейном за-
коне нарастания управляющего воздействия на выходе
преобразователя; 2) при экспоненциальном возрастании
управляющего воздействия, характерном для системы Г—Д
и обусловленном инерционностью обмотки возбуждения
генератора.
8.2.	Формирование переходных процессов
при линейном нарастании
управляющих воздействий
Линейный закон нарастания управляющего
воздействия достигается при использовании тиристорного
преобразователя, практически являющегося безынерцион-
ным, поэтому линейное изменение ЭДС на его выходе по-
лучают путем подачи на вход системы управления преоб-
разователем сигнала, изменяющегося во времени линейно.
Закон изменения ЭДС преобразователя, или, что то же
самое, угловой скорости идеального холостого хода <в0
двигателя постоянного тока независимого возбуждения
представлен на рис. 8.2, б и определяется формулой
co0 = snf,	(8.1)
где &п—угловое ускорение электропривода при пуске,
характеризующее темп изменения <в0.
Примем, что еп имеет такое достаточно малое значение,
которое позволяет пренебречь влиянием на переходный
процесс электромагнитной инерции (индуктивности якор-
ной цепи).
а]	Пуск привода вхолостую
Примем механические характеристики ли-
нейными и параллельными друг другу при различных
фиксированных значениях ЭДС (рис. 8.2, а) и номинальном
303
магнитном потоке (Фном = const), т. е.
со = соо —Л1/Р,	(8.2)
где |3 = (&ФНом)2/^я2 = АЛ1/ ] Асо | — абсолютное значе-
ние жесткости механической характеристики.
Рис. 8.2. Механические ха-
рактеристики привода (а) и
графики переходных процес-
сов (б, в) при пуске вхолос-
тую.
Если принять, что статический момент Л1с — 0, 1о
уравнение движения привода можно представить в виде
Л1 =
dt
Используя (8.1), (8.2) и уравнение движения, получаем
дифференциальное уравнение переходного процесса:
Ти^ + <о = ®о(О = М.	(8.3)
Кривая о (/), получаемая в результате решения (8.3),
имеет два участка, для каждого из которых расчет необ-
ходимо вести отдельно. Для первого участка (до f110 на
рис. 8.2, б, в), принимая при t = 0 сонач = 0, получаем:
® = &п/-епТм(1-е-//Ч-	(8-4)
304
Это выражение графически показано на рис. 8.2, б.
Воспользовавшись уравнением движения (при Л1с = 0),
получим показанное на рис. 8.2, в изменение момента во
времени:
М = Jen(l —	(8.5)
Момент при t ?  ЗТМ достигает практически своего мак-
симального (установившегося) значения, и соответственно
угловое ускорение остается постоянным, а угловая скорость
изменяется с таким же темпом, как и вызвавшая рассмат-
риваемый переходный процесс ЭДС преобразователя.
Максимальное значение момента, равное Мтах — Jsn,
дает возможность оценить допустимое значение еп.
На рис. 8.2, а утолщенной линией показана зависимость
со = f (М) в переходном режиме (фазовая траектория про-
цесса), отражающая динамическую механическую харак-
теристику привода.
Второй этап пуска (при Т tn0 на рис. 8.2, б, в) проис-
ходит тогда, когда ЭДС преобразователя и соответствую-
щая ей угловая скорость идеального холостого хода по
прошествии времени Со окажутся постоянными. Для этого
этапа пуска угловую скорость и момент двигателя удобно
рассчитывать, вводя новый отсчет времени с /п0 и обозначая
время через t' = t — 1п0. Тогда на втором участке пуска
угловую скорость и момент можно записать следующим
образом:
со = cooi — (соО1 — мнач)е-/'/г«,	(8.6)
где сонач = соА = соА1 (рис. 8.2, а, б);
M =	(8.7)
т. е. переходный процесс в данном случае протекает так,
как это имеет место при линейной механической характе-
ристике двигателя и отсутствии момента нагрузки (Л1с = 0),
Что соответствует участку ЛсоО1 на рис. 8.2, а. На рис. 8.2, б
показан участок разгона привода от точки А1 до угловой
скорости со01, построенный в соответствии с (8.6), и, нако-
нец, на рис. 8.2, в дано изменение момента М (t) по урав-
нению (8.7) при разгоне привода.
б)	Пуск привода с реактивным моментом нагрузки
Используя уравнение движения, линейность
механической характеристики двигателя и закона изме-
нения ЭДС преобразователя, получаем дифференциальное
305
уравнение переходного процесса пуска привода под на-
грузкой:
7’м^ + ® = еп/-Дсо(. = сос(О,	(8.8)
где Асос = перепад угловой скорости на механической
характеристике двигателя, обусловленный моментом нагруз-
ки; сос (f) = еп/ — Дсос.
Если момент нагрузки является реактивным, то дви-
гатель остается неподвижным до тех пор, пока момент, раз-
виваемый им, не станет равным Мс. На этом этапе переход-
ного процесса, если двигатель подключен к преобразо-
вателю, ток и соответственно момент изменяются по прямой
Рис. 8.3. Механические характеристики (а) и графики переходных
процессов (б) при пуске под нагрузкой с реактивным моментом.
линии до значения Мс = еп/0 | 0 |. С момента времени
7, (еп4 — Ао>с), называемого временем запаздывания, мо-
мент двигателя становится М > Мс, и происходит пуск
электропривода, по характеристике (по фазовой траектории),
показанной утолщенной линией на рис. 8.3, а.
Переходный процесс на втором участке начинается с 4
и продолжается до tnl (рис. 8.3, б). Вводя новый отсчет
времени и обозначая его t' = t — t0, уравнение (8.7) запи-
сываем в виде
Л,^ + со = еп('.	(8.9)
Полное решение этого уравнения с учетом того, что при
Г = 0 угловая скорость со = 0, а постоянная интегриро-
300
вания С — Ткеп, имеет вид:
co = SZ-TMSn(l-e-z'/7'«).	(8.10)
Уравнение (8.10) описывает переходный процесс на
втором участке, причем первая составляющая представ-
ляет линейно-изменяющуюся угловую скорость в том же
темпе, что и <а0 (t). Вторая составляющая изменяется по
экспоненте, и через время, практически равное ЗТМ, угло-
вая скорость нарастает линейно, т. е.
со = епГ-7’меп = еп(Г-7’м).	(8.11)
Момент двигателя
м = мс+тмеп!₽|(1-е-г/Ч	(8-12)
В начале второго участка момент так же, как и угловая
скорость, изменяется по экспоненте. По истечении времени
i' ЗТМ он практически достигает максимального значе-
ния и остается постоянным (рис. 8.3, б).
На третьем участке при t > /п1, где о>0 (0 = соО1 и угло-
вая скорость электропривода достигает установившегося
значения <ас = сои — Ао>с, дифференциальное уравнение
переходного процесса принимает вид;
7м^ + со = Юс,	(8.13)
где t" = i —• /п1.
Решение уравнения (8.13):
о» = ®с — (сос — сонач) е~г 1Т«.
Момент двигателя
М = Мс + (Мтах - Мс) е~ г’/т«;
здесь сонач, Мтах равны соответственно значениям угловой
скорости и момента в конце второго этапа переходного
процесса.
Из рис. 8.2 и 8.3 следует, что характер переходных про-
цессов в основном зависит от темпа нарастания ЭДС пре-
образователя и не зависит от статического момента. От этого
темпа зависит динамический момент, создающий ускорение
привода.
При заданном значении динамического момента угловое
Ускорение (темп нарастания ЭДС преобразователя) опре-
деляется моментом инерции привода:
8П Л4ДИН1доп/Л	(8.14)
307
й| Пуск привода с акгивным моментом нагрузки
Переходный процесс пуска с активным хмомен-
том нагрузки определяется начальными условиями на пер-
вом этапе. Допустим, что сонач = 0, соо = еД, перепад
угловой скорости, обусловленный активным моментом на-
грузки, не меняющим своего знака, составляет—Асое, как
показано на рис. 8.4, а. Тогда по аналогии с предыдущим,
Рис. 8.4. Механические характеристики (я) и графики переходных про-
цессов (б) при пуске с активным моментом нагрузки,
подставив начальные условия, получим уравнение для
скорости привода:
со = еп/ - (Асос + еХ) (1	(8.15)
Производная скорости равна:
„	Аюе + епТМ /1-
Л "	6
при t = 0
da/dt = — Асос/Гм <; 0.
Это означает, что момент нагрузки, будучи активным,
заставляет привод вращаться в обратную сторону.
При t > ЗТ№
СО	Асос 8ПГМ,
ускорение daldt = еп, т. е. привод разгоняется.
Графики изменения скорости и момента во времени
показаны на рис. 8.4, б.
308
г
г) Торможение привода под нагрузкой
При наличии момента нагрузки торможение
начинается с угловой скорости сос, соответствующей мо-
менту М,- (рис. 8.5, а). Для первого этапа
(до соо = 0) можно записать уравнение
СО = С0с—	м)>
где —ет — угловое замедление привода при
ЭДС преобразователя), в частном случае
(темп спадания
О)
ш01
^Mma,x-Mc~sTJ у
торможения
(8.16)
торможении
<м0(±)
&tTm .
Ш
ш01
±
М
— О
Me
0
M(V
Рис. 8.5. Механичес-
кие характеристики (а)
и графики переходных
процессов (б, в) при
торможении с реактив-
ным и активным мо-
ментами нагрузки.

Т1 ЪТ2 х


/ *
Момент двигателя
М = Мс-Тм8п|₽|(1-е-//Ч .	(8.17)
На втором этапе, начиная со времени /т1, когда двига-
тель выходит на статическую характеристику с соо = 0
при условии, что момент нагрузки реактивный, угловая
скорость и момент изменяются по экспоненте соответственно
до значений со = 0 и М — 0, так как реактивный момент
309
сопротивления не вызывает движения. Графики переход-
ных процессов показаны на рис. 8.5, б, в, а фазовая траек-
тория — на рис. 8.5, а.
Торможение с активным моментом нагрузки не отли-
чается вплоть до а> = 0 от случая, рассмотренного выше,
когда момент нагрузки являлся реактивным. При активном
моменте нагрузки (как показано штриховой линией на
рис. 8.5) привод реверсируется начиная со времени tT2 до
угловой скорости, равной —Агос, за счет статического
момента, который не изменяет своего знака при изменении
направления вращения двигателя. Момент двигателя до-
стигает значения, равного моменту сопротивления.
д] Реверсирование привода под нагрузкой
Изменение направления вращения привода
должно осуществляться изменением знака ЭДС преобра-
зователя (или го0) от положительного значения до отрица-
тельного; при этом, если считать момент нагрузки актив-
Рис. 8.6. Механические характеристики (а) и график переходного про-
цесса (б) при реверсировании с активной нагрузкой на валу,
ным, т. е. не меняющим своего знака при переходе через
нулевое значение угловой скорости, угловое ускорение
привода на всем этапе реверсирования остается постоянным,
как это видно из рис. 8.6, а, б. Переходный процесс на пер-
вом этапе до угловой скорости, близкой к установившейся,
не отличается от процесса при торможении с активным
моментом. На втором этапе, когда двигатель выходит на
статическую характеристику, переходный процесс имеет
310
экспоненциальный характер и угловая скорость возрастает
(по абсолютной величине) до установившегося значения
о> = —®с2.
Переходный процесс при реверсировании привода с ре-
активной нагрузкой на его валу протекает сложнее в связи
с тем, что при переходе угловой скорости через 0 реактив-
ный момент меняет скачком свой знак. Разгон привода
в противоположную сторону происходит при условии,
что момент, развиваемый двигателем, по абсолютному
значению превосходит статический момент.
Рис. 8.7. Механические характеристики (а) и график переходного про-
цесса (б) при реверсировании с реактивной нагрузкой на валу.
Процесс торможения до угловой скорости, равной О
(первый этап реверса привода), протекает так же, как и
в случае реверса с активным моментом нагрузки, до точки
?р1 (рис. 8.7).
На втором этапе в случае, если при со = 0 | М | > | Мс |,
начинается разгон в обратную сторону. Так как в первый
момент при t — Zpl динамический момент оказывается мень-
ше, чем он был в период торможения, то в точке перехода
через нулевое значение угловой скорости угловое ускорение
привода по абсолютному значению становится меньшим.
Поэтому для сохранения заданного углового ускорения ет
нужно увеличить динамический момент привода, т. е. на
втором этапе изменение угловой скорости со (/) связано
с возрастанием динамического момента (рис. 8.7). На треть-
ем этапе (точка t = /р2) в соответствии с линейной характе-
ристикой двигателя (—Мтах, —со0) угловая скорость и
момент привода изменяются по экспоненте.
311
83. Переходные процессы при
экспоненциальной зависимости
управляющего воздействия
а) Общие положения. Форсирование процесса
возбуждения
Экспоненциальная зависимость управляю-
щего воздействия характерна для системы Г—Д, в которой
закон изменения ЭДС генератора обусловлен индуктив-
ностью его обмотки возбуждения. Пуск, торможение и ре-
версирование, а также регулирование угловой скорости
двигателя в системе Г—Д производят обычно путем соот-
ветствующих переключений в цепи обмотки возбуждения
генератора, а иногда и двигателя. Так как обмотки воз-
буждения обладают сравнительно большой индуктивно-
стью, то их электромагнитные постоянные времени велики
и переходные процессы в цепях возбуждения машин про-
текают сравнительно медленно.
Для обмоток якорей электрических машин значение
электромагнитной постоянной лежит обычно в пределах
сотых и даже тысячных долей секунды, и поэтому в боль-
шинстве расчетов переходных режимов она может не учи-
тываться. Что касается обмоток возбуждения машин, то их
постоянная времени Тв имеет уже существенное значение,
так как ее значение колеблется в пределах от десятых долей
секунды для машин малой мощности до нескольких се-
кунд в мощных электрических машинах. Ниже дается
представление о порядке электромагнитных постоянных
времени в зависимости от мощности машин постоянного
тока:
Мощность машины, кВт
1,5
15
75
3000 и выше
Постоянная времени обмотки
возбуждения ТБ, с (ориентировочно)
0,2
0,6
0,8 —0,9
2 — 4
Рассмотрим некоторые способы ускорения процесса
возбуждения на примере системы Г—Д применительно
к мощным реверсивным станам, устанавливаемым для
прокатки металла на заводах металлургической промыш-
ленности. Выводы, полученные в результате этого расс-
мотрения, являются общими для подобных приводов посто-
янного тока.
312
По технологическим условиям в указанных прокатных
станах требуется производить 15—20 реверсов в минуту.
Как видно из приведенных данных, электромагнитная по-
стоянная времени обмотки возбуждения генератора Тв
достигает в некоторых случаях значений, лежащих в преде-
лах 2—4 с, и поэтому без специальных мер в подобной уста-
новке можно получить лишь три-четыре реверса в минуту.
На рис. 8.8 показана принципиальная схема Г—Д.
Прежде всего рассмотрим процесс нарастания тока в цепи
обмотки возбуждения генератора. После замыкания клю-
ча X и скачкообразного приложения напряжения к выво-
Рис. 8.8. Принципиальная схема соединения машин в системе генера-
тор — двигатель.
дам обмотки возбуждения ток в ней будет нарастать плавно
по экспоненциальному закону х:
(8.18)
здесь /В1НОМ = HBiH0M/7?B — установившийся (номинальный)
ток в обмотке возбуждения генератора; Тв = LB/RB —
электромагнитная постоянная времени этой обмотки;
Пв,ном, 7?в и LB — соответственно номинальное напряжение
на выводах обмотки возбуждения, ее активное сопротивле-
ние и индуктивность.
Практически процесс возбуждения можно считать за-
кончившимся, когда iB = 0,95 1В ном. В этом случае /0Ь5 =
Таким образом, приходим к выводу, что скорость элект-
ромагнитного процесса возбуждения в указанной схеме
определяется постоянной времени обмотки возбуждения
генератора.
Для ускорения электромагнитного процесса применя-
ются способы, основанные на том, что на время пуска к об-
1 Здесь и в дальнейшем индуктивность цепи обмотки возбуждения
принимается постоянной,
313
моткам возбуждения генератора прикладывается повышен-
ное напряжение. Для ограничения установившегося тока
номинальным значением /В1НОМ приходится включать до-
полнительный резистор или прибегать к другим мерам
ограничения напряжения в установившемся режиме.
На рис. 8.9 представлена схема с постоянно включенным
дополнительным резистором 7?доб. Сопротивление этого
резистора подбирается так, чтобы при повышенном напря-
жении и'в > ток в обмотке возбуждения не превос-
ходил номинального значения, которое равно:
здесь
_	Ub
в’ “°М “ аддоб/Лр + (%+^доб) ’
(8.19)
ном»
(8.20)
где а — коэффициент форсировки, показывающий, во сколь-
ко раз приложенное извне напряжение выше номинального;
Рис, 8.9. Схема цепи возбуждения генератора с постоянно включен-
ным дополнительным резистором.
Rp — сопротивление разрядного резистора, принимаемое
практически равным (3—4) Ra.
Ток в обмотке возбуждения для рассматриваемой схемы
изменяется по закону
где
i =1
*В - 1 в, уст \ 1 С
(8.21)
1
Т’ = т __________________________
/В В1+^добЖоб+^р)/?Б
(8.22)
Анализ (8.22) показывает, что с увеличением 7?доз
уменьшается постоянная времени цепи возбуждения и,
следовательно, более интенсивно возрастает ток возбужде-
ния генератора. Очевидно, что с ростом /?доб должно уве-
личиваться приложенное напряжение (7В. Необходимо
отметить, как это вытекает из (8.21), что при t = 0, т. е.
314
в начальный момент процесса возбуждения, iB = 0 и все
внешнее напряжение UB прикладывается к выводам об-
мотки возбуждения. По мере роста тока возбуждения напря-
жение на обмотке возбуждения снижается, достигая уста-
новившегося значения. Таким образом, форсир@вка про-
Рис. 8.10. Кривые изменения
тока возбуждения генератора
при различных сопротивлениях
дополнительного резистора в
схеме на рис. 8.9.
цесса возбуждения генератора для рассматриваемой схемы
не остается постоянной.
Характер изменения тока возбуждения для этой схемы
приведен на рис. 8.10, где показаны кривые нарастания
тока tB при различных значениях напряжения UB и соответ-
ственно разных сопротивлениях дополнительных резисто-
ров. Совершенно очевидно, что время переходного процесса
Рис. 8.11. Схема цепи возбуждения генератора с резистором, шунти-
руемым на время переходного процесса,
может быть сокращено до требуемого значения. Однако
с увеличением сопротивления дополнительного резистора
в цепи обмотки возбуждения возрастает и напряжение UB,
а следовательно, и потери в дополнительном резисторе.
Для форсирования процесса возбуждения в системе
Г—Д часто применяется схема с шунтированием резистора
на время переходного процесса (рис. 8.11).
В подобной схеме напряжение U'B принимается в нес-
колько раз выше номинального, однако ток возбуждения
315
генератора по-прежнему не должен превосходить номиналь-
ного значения. Здесь, как и прежде, коэффициент форси-
ровки может быть определен из соотношения а = Пв/Йв,1Юм.
Отличие этой схемы от приведенной на рис. 8.9 заключается
в том, что при переходном процессе дополнительный ре-
зистор /?доб шунтируется и контакты КФ размыкаются
только в момент, когда ток достигает значения /в,ном. Повы-
шенное напряжение в переходных процессах полностью
приложено к обмотке возбуждения генератор.а, а ток iB
стремится к значению Гв = U'JRB при той же постоянной
времени, что и в схеме рис. 8.8.
Рис. 8.12. Кривые изменения
тока 1Я — f (t) в схеме с шун-
тируемым резистором.
Рис. 8.13. Кривые изменения
напряжения на выводах обмот-
ки возбуждения генератора,
/ — в схеме на рис. 8.9; 2 — в схе-
ме на рис. 8.11.
Уравнение для тока возбуждения в переходном режиме
имеет следующий вид:
1’в = а/в,Но„(1-е-'УЧ	(8-23)
Решением этого уравнения относительно t определяется
время, в течение которого ток достигает номинального
значения:
* = ^In^.	(8.24)
Примерные кривые нарастания тока возбуждения при
различных коэффициентах форсировки приведены на
рис. 8.12. Целесообразно принимать значения коэффициен-
та форсировки а = 3 -т- 4, так как дальнейшее его увели-
чение мало сказывается на уменьшении времени нараста-
ния тока возбуждения.
Сравнивая приведенные выше способы ускорения пере-
ходных процессов, можно сделать вывод, что наиболее
316
эффективным является формирование напряжения с шун-
тируемым на время переходного процесса резистором.
Здесь при прочих равных условиях достигается наиболь-
шее ускорение процесса и, кроме того, нарастание тока
возбуждения идет почти по прямой линии, что благоприятно
сказывается на форме кривой тока в цепи якоря двигателя.
Напряжение, прикладываемое к выводам обмотки воз-
буждения генератора по схеме, приведенной на рис. 8.9,
уменьшается в процессе пуска (кривая 1 на рис. 8.13), а
по схеме, данной на рис. 8.11, остается неизменным, как
это показано на рис. 8.13 (кривая 2). Поэтому по схеме,
изображенной на рис. 8.11, обеспечиваются более форсиро-
ванное нарастание тока возбуждения и большее ускорение
переходного процесса при одном и том же напряжении U'a.
Следует еще раз подчеркнуть, что первопричиной уско-
рения переходных процессов во всех рассмотренных выше
схемах является увеличение подводимой мощности за счет
повышения на время пуска напряжения на выводах обмотки
возбуждения генератора. Ускорение процесса возбуждения
сокращает длительность переходных режимов двигателя.
6)	Пуск электропривода в системе Г-Д
Если принять генератор ненасыщенным, то
его ЭДС при юг = const будет пропорциональна току воз-
буждения и в переходных режимах определится уравне-
нием
er==a£H0M(l-e-z/4	(8-25)
где ,ЕНОМ — номинальное значение ЭДС генератора при
С ^в.ном'
Для цепи якоря двигателя, в которой проходит ток г,
при пуске уравнение равновесия ЭДС
ег = а£аом (1-е" //гв) = iR„ +	+ ед, (8.26)
где и £я — соответственно сопротивление и индуктив-
ность цепи якоря генератора и двигателя; ед — ЭДС дви-
гателя.
Значение Д часто можно не учитывать, так как оно мало
по сравнению с индуктивностью обмотки возбуждения гене-
ратора Д, т. е. можно принять Д^- = 0.
Для получения зависимостей, определяющих изменение
угловой скорости, тока и момента при пуске двигателя,
317
необходимо уравнение (8.26) решать совместно с уравне-
нием движения привода:
- M =	+
с 1 dt
Полагая при постоянном магнитном потоке двигателя
ел = ссо, а М = ci и решая совместно указанные уравне-
ния, получаем зависимость угловой скорости двигателя
от времени при пуске:
1 в 1 м
е~//гв)-Л,(1 _фе-^м)]-АЮс, (8.27)
где и0 — угловая скорость идеального холостого хода
двигателя; а — коэффициент форсировки; Т-й — электро-
магнитная постоянная времени обмотки возбуждения гене-
ратора; Тм — электромеханическая постоянная времени
электропривода; Л<ос — перепад угловой скорости при мо-
менте сопротивления Мс, равный
Аис = и0 — юс;

/ асор \(гв ти)/ти
\ а<о0 — А<ос /
(8.28)
Использовав уравнение движения, разделив левую и
правую части его на си взяв производную угловой скорости,
из (8.27) можно получить выражение для тока якоря дви-
гателя в функции времени:
(8-29)
в * м
где /К13 — ток короткого замыкания в цепи Г—Д, соответ-
ствующий номинальному значению ЭДС генератора; /с —
ток нагрузки при моменте сопротивления Л4С.
Если пуск двигателя производится без нагрузки, т. е.
при ЛД = 0, то в этом случае /с = 0; Аюс = 0; ф = 1;
тогда
® = т^Г Г в (1 “ е-//гв) - Тм (1 - е-^^] 5 (8.30)
1 в 1 м
(8.31)
* В ' м
Если магнитный поток двигателя сохраняется неиз-
менным, то зависимости для момента, развиваемого дви-
гателем, оказываются такими же, как и для тока.
318
На рис. 8.14, а, б показаны кривые ® = f (/) и I =	(I)
при различных коэффициентах форсировки.
Приведенные выше равенства показывают, что проте-
кание переходных процессов в системе Г—Д зависит как
от электромеханической постоянной времени привода Т„,
так и от электромагнитной постоянной времени обмотки
возбуждения генератора Те. В зависимости от мощности
привода эти постоянные имеют различные значения, ле-
жащие в широких пределах.
Как упоминалось, в приво-
дах мощностью в несколько
киловатт Тв = 0,1 -ь 0,3 с.
В мощных приводах ре-
версивных прокатных станов
Тв ~ 2 ч- 4 с, в то время как
Тм = 0,3 ч- 0,05 с. В послед-
нем случае при определении
длительности переходных
процессов можно учитывать
лишь электромагнитную пос-
тоянную времени обмотки
возбуждения генератора, пре-
небрегая электромеханичес-
кой постоянной времени ввиду
Рис. 8.14. Кривые угловой скоро-
сти (а) и тока в цепи якоря (б)
при пуске двигателя в системе
Г — Д при схеме возбуждения
генератора на рис. 8.11.
ее относительной малости. Поэтому уравнение (8.30) примет
более простой вид:
и аа0 (1 — е ;/7"п).
(8.32)
При определении зависимости i — f\ (i) практический
интерес представляет нахождение максимального тока
в цепи якоря для сравнения его с допустимым значением
по условиям коммутации на коллекторе двигателя.
Пользуясь уравнением (8.29), находим производную
dildt и приравниваем ее 0, т. е.
* = ---______(ibT е~ — Тё~ = 0
dt ТВ(ТВ-Т„)^1 вв	л J Л
319
Отсюда можно определить время, по истечении которого
ток достигает максимума, а именно:
=	(8.33)
Подставив значение tmax в (8.29) и произведя соответ-
ствующие преобразования, получим максимум тока в цепи
якоря при пуске двигателя
/птах--------\тв) +7с‘
Если пуск двигателя совершается без нагрузки (Л4С = О,
Л(ос = 0 и /с = 0),
Цтах = <3 (Гм/Л)Гв/(гв- 4).	(8.336)
в] Торможение и реверсирование привода
в системе Г—Д
Выше были показаны способы ускорения про-
цесса возбуждения и даны соотношения ю = f (£) и I =
= f (0 при пуске двигателя постоянного тока в системе
Г—Д. Не менее важными являются расчеты, связанные
с уменьшением времени переходных процессов при тормо-
жении и реверсировании в рассматриваемой системе.
Рис. 8.15, Схема торможения двигателя в системе Г — Д.
Торможение двигателя М (рис. 8.15) производится чаще
всего отключением от сети обмотки возбуждения генератора
и замыканием ее на разрядный резистор Rp либо замыка-
нием ее на выводы якоря, причем таким образом, чтобы
изменялась полярность на обмотке возбуждения. При этом
двигатель работает в режиме генератора за счет запасенной
в нем и в механической части привода кинетической энер-
гии, а генератор — в двигательном режиме. Генератор G,
работая двигателем, отдает механическую энергию привод-
ному асинхронному (или синхронному) двигателю, связан-
ному с генератором общим валом. Наконец, асинхронный
320
(или синхронный) двигатель при резком снижении тока
возбуждения генератора переходит в генераторный режим,
отдавая энергию в сеть переменного тока. Интенсивность
спадания тока в обмотке возбуждения характеризует и темп
торможения двигателя. Зависимость спадания тока воз-
буждения генератора от времени при торможении может
быть установлена на основании уравнения
iB(RB + Rp) + LBd^ = 0.
Решение этого уравнения относительно тока iB дает:
iB = 7B,HOMe-z/4	(8.34)
где Тв = LB/(RB + Rp) —электромагнитная постоянная
времени контура возбуждения.
По-прежнему полагая генератор ненасыщенным, полу-
чаем изменение ЭДС генератора при торможении:
' ег = £номе-//гв.	(8.35)
Из приведенных уравнений видно, что уменьшение по-
стоянной времени приводит к форсированию процесса тор-
можения. Последнее достигается увеличением сопротивле-
ния разрядного резистора. Однако следует иметь в виду,
что напряжение на выводах разрядного резистора, а зна-
чит, и на обмотке возбуждения подчиняется следующему
закону:
uB = UBRpe~1/T°/RB,	(8.36)
а при t — О
uB = UBRp!RB.
Значительное увеличение сопротивления разрядного ре-
зистора, связанное с уменьшением постоянной времени,
может привести к недопустимым перенапряжениям на вы-
водах обмотки возбуждения в начале торможения, а также
к значительным броскам тока в цепи якоря. Поэтому со-
противление разрядного резистора практически не превы-
шает обычно трехкратного сопротивления обмотки возбу-
ждения.
Для нахождения аналитической зависимости угловой
скорости двигателя от времени при торможении решаем
совместно два уравнения:
в = iRai
11 Чиликин М. Г,, Сандлер А. С,
321
После преобразований получим:
=	(Тве~(/Т* - T№e-i/T^ - А®с. (8.37)
J в 1 м
Ток в цепи якорей машин определяем по формуле
i = Се" - e-z/S + /с (8.38)
6 V в 1 м/
ИЛИ
^ = 4,зг5у-(е"//Г“-е-//гв)+/с.	(8.39)
1 в 1 м
При Л4с = 0
f = 4,3r^y-(e-Z/rM-e-z/4	(8.40)
1 в 1 м
Кривые со = f (/) и i — fi (/) при Мс — 0 приведены
соответственно на рис. 8.16 и 8,17. Кривые 1 на обоих ри-
Рис. 8.16. Кривые угловой ско-
рости двигателя при торможе-
нии двигателя в системе Г —Д
по схеме на рис, 8,15,
Рис, 8-17. Кривые тока в цепи
якоря при торможении двигате-
ля в системе F — Д по схеме
на рис. 8.15,
сунках относятся к приводам с большей постоянной вре-
мени Тв, кривые 2— с меньшей.
Максимум тока при торможении находим из уравнений
(8.31) путем приравнивания 0 производной тока по вре-
мени
Цтах = - /к,з (.TjTB)r^ -т«) + Ц. (8.41)
Если торможение производится без нагрузки (7С = 0),
то
Цтахй = -I*,3	~ г«>.	(8.42)
Реверсирование двигателя в рассматриваемой системе
осуществляется изменением полярности напряжения, при-
322
кладываемого к выводам обмотки возбуждения генератора,
что вызывает быстрое спадание тока возбуждения, а затем
нарастание его в обратном направлении.
Форсирование возбуждения при реверсировании совер-
шается таким же образом, как и при пуске.
Зависимость тока возбуждения от времени определяется
из уравнения
-^ = ib^b + AbJ.	(8.43)
После соответствующих преобразований получим:
гв = -а/в[1-(1+|)е-//гв].	(8.44)
Электродвижущая сила генератора при ненасыщенной
машине
ег = — сс£ном [1 ~(1+ а)е~/Лв]-	(8-45)
Решая совместно уравнение равновесия ЭДС для цепи
якоря и уравнение движения привода относительно со,
получаем:
и = — (сси0 + ДИс) +	(Тве~ t!T»~ Тме~(8.46)
1 в 1 м
Если реверсирование происходит без нагрузки (Лф = О
и Дис = 0), то
<8-47)
1 в 1 м
Примерные кривые изменения угловой скорости двига-
теля при реверсировании для различных коэффициентов
форсировки и Мв = 0 представлены на рис. 8.18.
Воспользовавшись уравнением (8.47) и подставив в него
со = —со0, можно определить длительность реверса, т. е.
время, в течение которого угловая скорость ненагружен-
ного двигателя изменится от — и0 до —со0.
Для мощных электроприводов значением Тк вследствие
малости его по сравнению с Тв можно пренебречь. В этом
случае время реверса определится по упрощенной формуле
/р^Тв1п^.	(8.48)
Формула (8.48) указывает на то, что продолжительность
реверсирования зависит от постоянной времени цепи воз-
буждения и коэффициента форсировки.
1Г
323
Если воспользоваться выражением производной угло-
вой скорости по времени
dw _ (1+«) соо (р-итк _ -t/rs
dt тв-та
и подставить его в уравнение для тока
__ J dm
с dt
то после несложных преобразований получим:
г-=(1±^Ц^(е-^м_е-^в) + 7с>	(8.49)
При Zc = 0
. =(к±^зГ м(е-//гм_е_//гв)1
* в * м
Кривые изменения тока i =	(f) при /с = 0 и различ-
ных значениях а представлены на рис. 8.19.
Рис. 8.18. Примерные кривые
угловой скорости при реверси-
ровании для различных коэф-
фициентов форсировки (а= 1;
2 и 3).
Рис. 8.19. Примерные кривые
тока двигателя при реверсиро-
вании для различных коэффи-
циентов форсировки (а = 1; 2
и 3).
По известному правилу нахождения максимума опреде-
ляем время, в течение которого ток достигает максималь-
ного значения,
(8-51)
* в * м * м
и максимум тока
Itmax - - (1 + «) 4, з (ЛЛвГв/(Гв - Тм) + Ц, (8.52)
324
или при /с = О
1ртах = - (1 + а) 4,3	- ^м).	(8.53)
В тех случаях, когда необходимо учитывать насыщение
генератора и индуктивность якорной цепи, приходится
прибегать к графо-аналитическим построениям или исполь-
зовать ЭВМ.
Как было показано, формирование переходных процес-
сов в системе управляемый преобразователь—двигатель
зависит от инерционности преобразователя. Если учесть
индуктивность якорной цепи системы Г — Д, то оказы-
вается невозможным воспроизведение линейного закона на-
растания тока в якорной цепи двигателя и поэтому трудно
формировать темп нарастания момента.
Хотя формирование линейного нарастания ЭДС преоб-
разователя и обеспечивает высокую стабильность макси-
мального углового ускорения электроприводов при неиз-
менной динамической составляющей момента, и все же
в разомкнутой системе угловое ускорение зависит от на-
грузки, поэтому ограничивается эффективность формиро-
вания переходных процессов в разомкнутой системе, и
в случае, если предъявляются более жесткие к ним требо-
вания, необходимо создавать замкнутую систему.
Системы замкнутого регулирования скорости и момента
для приводов постоянного и переменного тока приводятся
в гл. 12.
ГЛАВА ДЕВЯТАЯ
РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
9.1. Общие положения
Исходными данными для правильного расчета
мощности и выбора типа электропривода являются техно-
логические и конструктивные требования, которые возни-
кают в связи с эффективным использованием производст-
венных механизмов, а именно обеспечения высокой произ-
водительности, надежности и точности их работы. Так как
одним из главных элементов электропривода, определяю-
щим в значительной степени его технические и экономиче-
ские показатели, является электродвигатель, то в данной
главе прежде всего рассматриваются вопросы расчета мощ-
325
ности электродвигателей, работающих в различных ре-
жимах.
Применение двигателей недостаточной мощности может
вызвать нарушение в нормальной работе механизма, пони-
жение его производительности, аварию и выход из строя
двигателя. Использование же двигателя завышенной мощ-
ности приводит к неоправданному увеличению капиталь-
ных затрат, снижению электрических показателей электро-
привода, уменьшению КПД двигателя, а в установках
переменного тока, кроме того, ухудшению коэффициента
мощности, что в свою очередь влияет на непроизводитель-
ную загрузку преобразовательного устройства и распреде-
лительной сети. Кроме как по мощности, нужно еще пра-
вильно выбрать двигатель по исполнению, т. е. по степени
защиты (защищенный, закрытый, взрывозащищенный), по
способу охлаждения (самовентилируемый, с естественным
охлаждением, с независимой или принудительной венти-
ляцией) и по климатическому исполнению (для умеренного,
тропического, холодного климата и т. п.). Это можно сде-
лать, зная назначение электропривода и условия, в которых
ему придется работать. От правильного выбора двигателя
по исполнению существенным образом зависит надежность
его работы. В то же время необоснованный выбор, напри-
мер, закрытого двигателя вместо защищенного приводит
к увеличению капитальных затрат и утяжелению конструк-
ции. Выбор двигателя по способу охлаждения особенно
важен для регулируемых электроприводов, так как непра-
вильный выбор в этом случае может привести к значитель-
ному завышению установленной мощности двигателя, т. е.
к увеличению капитальных затрат, утяжелению конструк-
ции и к резкому снижению КПД и коэффициента мощности
(для переменного тока).
Если учитывать огромное число механизмов в народном
хозяйстве, значение правильного расчета мощности элект-
родвигателей и выбора их по исполнению очень велико.
Выбор мощности электродвигателя обусловливается ха-
рактером изменения статической нагрузки на его валу,
а также условиями протекания переходных процессов в эле-
ктроприводе.
В отношении характера изменения статического момента
производственные механизмы могут быть разделены на
следующие группы:
Первая группа. Механизмы, у которых стати-
ческий момент остается постоянным, не зависящим от ско-
326
.роста. К этим механизмам относятся шахтный подъемник
с уравновешенным канатом, прокатный стан, механизмы
подъема мостового крана, лифт, механизмы, основная ра-
бота которых связана с преодолением сил трения, напри-
мер механизмы подач металлорежущих станков и т. п.:
Л4С = const.	(9.1)
Однако значение этого момента, оставаясь независимым
от скорости, может меняться в широких пределах.
Вторая группа. Механизмы, статический мо-
мент которых зависит от угловой скорости, например цент-
робежный вентилятор, центрифуга, дымосос, центробежный
насос и т. пл
MC = MO + W,	(9.2)
где Л10 — момент холостого хода
Характеристика таких меха-
низмов представлена на рис.'
9.1.
К этой же группе могут быть
отнесены тяговые транспортные
механизмы, главные приводы
металлорежущих станков и т. п.,
для которых характерным яв-
ляется постоянство мощности
нагрузки, т. е. /Исо = const.
Третья группа. Ме-
Рис. 9.1. Механическая ха-
рактеристика центробежных
механизмов (II группа меха-
низмов).
ханизмы, у которых статиче-
j ский момент зависит от пути.
Сюда относятся устройства с
, кривошипными передачами, где
нагрузки изменяются в зависи-
мости от угла поворота кривошипа <р (рис. 9.2),—это
ножницы для разрезания металла, поворотные столы с
мальтийским крестом, прессы, поршневые компрессоры,
шахтные подъемники с неуравновешенным канатом и т. п.
Для этой группы механизмов справедливо при указании
области (задания функции) уравнение
Мс = Мо + Л1д sin <р,
(9-3)
здесь ЛД, Ма — соответственно момент холостого хода ме-
ханизма и максимальный момент.
Другим примером механизмов этой группы может слу-
жить механизм копания роторного экскаватора.
327
Четвертая группа. В эту группу входят ме-
ханизмы, у которых статический момент зависит от скоро-
сти и пути. Здесь примером может служить гребной винт
судовой установки. Для установившейся скорости движе-
ния судна момент сопротивления на валу двигателя греб-
Рис. 9.2. Механическая харак-
теристика кривошипных меха-
низмов (III группа механизмов).
Рис. 9.3. Механические характе-
ристики гребного винта (IV груп-
па механизмов).
ного винта пропорционален
квадрату угловой скорости
двигателя (кривая 1 на рис.
9.3). При задании команды на
реверсирование винта судно
продолжает вначале двигать-
ся в том же направлении, и
момент сопротивления, зави-
сящий от скорости движения
судна, оказывается не пропор-
циональным в этот период
квадрату угловой скорости
винта. Результирующая статическая характеристика имеет
сложную форму и показана для разных установившихся
скоростей движения судна на рис. 9.3 (кривая 2—для мень-
шей скорости движения судна, 3 — для большей). В этом
случае момент на валу гребного винта зависит от скорости
движения судна, а поскольку судно тормозится, т. е. ско-
рость движения снижается,
то, следовательно, момент
зависит и от пути, прой-
денного судном и винтом
(эти пути разные), и от уг-
ловой скорости самого вин-
та. К этой группе относят-
ся также рулевые устрой-
ства.
Пятая группа.
Сюда можно отнести меха-
низмы, у которых статиче-
ский момент характеризуется случайным изменением во
времени. Это, например, камнедробилки, шаровые
ницы в цементной промышленности и т. п.
Приведенные характеристики производственных
низмов позволяют оценить, какую нагрузку будет
двигатель в установившемся режиме при различных
вых скоростях, которые необходимо задавать механизму
с целью регулирования его производительности в соответст-
вии с изменяющимися технологическими условиями..
мель-
меха-
нести
угло-
328
Однако нагрузка на валу электропривода изменяется
не только в связи с регулированием скорости механизма,
но и вследствие изменения режима работы механизма или
из-за зависимости момента нагрузки от пути, т. е. от вре-
мени. Например, в клети прокатного стана в течение одного
пропуска металла через валки момент прокатки, обуслов-
ленный объемом деформируемого металла и давлением,
практически остается постоянным. Однако момент прокатки
от пропуска к пропуску изменяется, и переменной оказы-
вается также длительность пропусков. Нагрузка в течение
времени прокатки одного слитка меняется, а затем полно-
стью повторяется при возоб-
новлении прокатки следую-
щего слитка.
Изменение момента на-
грузки и угловой скорости
во времени характерно для
весьма большого числа ме-
ханизмов, называемых меха-
низмами циклического дейст-
вия. Это изменение статиче-
ского момента и угловой ско-
рости от времени обычно пред-
ставляют в виде графиков.
Графическое изображение
зависимости статического мо-
Рис. 9.4. Примерная нагрузоч-
ная диаграмма (для двух про-
пусков) нереверсивной клети
прокатного стана.
мента механизма, приведенного к валу двигателя, от вре-
мени Л1с = / (0 называют нагрузочной диаграммой меха-
низма.
Графическое изображение зависимости скорости испол-
нительного органа механизма (в виде угловой скорости,
приведенной к валу двигателя) от времени со = f (0 назы-
вают диаграммой скорости электропривода (или меха-
низма).’
Примерная нагрузочная диаграмма нереверсивной клети
прокатного стана, построенная с целью упрощения для двух
пропусков металла через валки, приведена на рис. 9.4.
Число пропусков зависит от типа стана и может достигать
13—15 и более. Здесь характерным является чередование
резкого возрастания нагрузки с холостым ходом.
Примером, когда изменение статического момента ме-
ханизма во времени связано с зависимостью этого момента
от пути, может служить нагрузочная диаграмма поршне-
вого компрессора. Вид ее зависит от типа компрессора,
329
числа его цилиндров и угла сдвига их кривошипов. С не-
которым упрощением кривая статического момента Мс (t)
для компрессора двойного действия может быть выражена
следующей формулой:
Л1С== Л404-Л1А | sin	(9.4)
где й = 2n/ta — a>/i — круговая частота вращения кри-
вошипа; /ц — время цикла; i — передаточное число от вала
двигателя к валу кривошипа.
Примерная нагрузочная диаграмма поршневого компрес-
сора двойного действия, на которой Л40 — момент потерь
(холостого хода) механизма, приведена на рис. 9.5. Исполь-
зуя разложение в тригонометрический ряд, можно кривую
статического момента представить в виде
Л4С = /Wc,ср4-0,43Л4л sin Й7,	(9.4а)
где Л4с,ср = Л40 + 0,64 Ма — постоянная составляющая
нагрузки (средний момент нагрузки); й' = 2Й.
Формулой, аналогичной (9.4а), представляется момент
нагрузки (нагрузочная диаграмма) целого ряда механиз-
ме
мов, в частности, уже
упоминавшегося механиз-
ма копания роторного экс-
каватора.
Циклически изменяется
также нагрузка главного
привода продольно-стро-
гального станка (механизм
возвратно-поступательного
движения стола с деталью).
Рис. 9.5. Примерная нагрузочная
диаграмма поршневого компрессо-
ра двойного действия.
При работе этого механизма статический момент на большей
части прямого хода соответствует неизменному моменту ре-
зания и на меньшей его части — моменту холостого хода.
Статический момент при обратном ходе также постоянен,
но равен моменту холостого хода. При этом скорости пря-
мого и обратного ходов стола различны.
Можно привести еще много аналогичных примеров, ил-
люстрирующих нагрузочные диаграммы других механиз-
мов, работающих в циклическом детерминированном ре-
жиме, т. е. обладающих свойством воспроизводимости при
повторении условий их возникновения. В этом числе суще-
ствуют, как уже указывалось, режимы, обусловленные слу-
чайной нагрузкой.
330
Под случайными понимаются такие режимы, при кото-
рых одна или несколько переменных, характеризующих
их, меняются заранее непредсказуемым образом, т. е. яв-
ляются случайными величинами. Например, для лифто-
вых установок не удается выделить участки нагрузочной
диаграммы, где графики Л1С (t) были бы идентичны. Дейст-
вительно, если лифтовая установка управляется командами,
поступающими от пассажиров, то нагрузочные диаграммы
работы лифта получаются в результате действия некоторой
случайной последовательности команд, поданных случай-
ным количеством пассажиров, случайно следующих в од-
ном направлении одновременно или в разных направле-
ниях разновременно. Для данного примера число включе-
ний в час двигателей лифта также является случайной
величиной.
Другим примером служит характер изменения усилия
в тяговых канатах экскаватора-драглайна в режиме напол-
нения ковша. Здесь случайный характер нагрузки вызван
наличием неоднородного грунта в каждом цикле копания,
различной реакцией машиниста при встрече ковша с пре-
пятствием. В данном случае время цикла практически по-
стоянно, а изменение нагрузки случайное.
Среди механизмов, для которых режим рсбсты электро-
привода является случайным, могут быть названы еще мно-
гие другие: электроприводы следящих, экстремальных и
адаптивных систем, приводы врубовых машин, шаровые
мельницы, буровые машины и т. д.
В процессе проектирования систем электропривода раз-
личных механизмов возникает необходимость в учете фак-
торов, определяющих случайный режим работы двигателя.
Это связано с тем, что постоянно расширяются функции
электропривода, в системе которого возникают случайные
режимы, а также с необходимостью учитывать при проекти-
ровании электропривода недетерминированные составляю-
щие режимов, так как расчет на наибольшую нагрузку или
на наихудший режим, как правило, приводит к неоправдан-
ному завышению мощности элементов системы, ухудшению
их энергетических показателей и возрастанию капиталь-
ных затрат.
При работе двигателя в любом режиме, с той или иной
нагрузкой в нем возникают потери энергии, определяющие
нагревание двигателя, а следовательно, его мощность и габа-
риты. Поэтому прежде всего необходимо уделить внимание
нахождению потерь энергии в электроприводах с двигате-
331
лями постоянного и переменного тока как в установив-
шемся, так и в переходном режимах.
9.2. Потери энергии в электроприводах
постоянного и переменного тока
Потери в двигателе складываются из перемен-
ных, зависящих от нагрузки, и постоянных потерь, не за-
висящих от нагрузки.
Для электропривода постоянного тока суммарные по-
тери мощности равны:
= ДРК + ДР. = ДР,, + ДР„ + ДРмех + PR, (9.5)
где ДРК — постоянные потери, ДРК = ДРВ + ДРСТ +
4- ДРвех; ДРВ, ДР„, ДРмех — соответственно потери на
возбуждение, потери в стали и механические; PR — l\I\ —
потери в силовой (якорной) цепи двигателя.
Аналогично для асинхронного двигателя
ДР2 = ДР„ + ДРмех + 3 (/?РХ + /.fp0.	(9.6)
Переменные потери ДР. могут быть выражены также
через электромагнитный момент и относительную скорость
(или скольжение), а именно:
1) для двигателя постоянного тока независимого воз-
буждения
ДР. = /И(о)о-о)) = Л1о)о~ = Р124г’	(9'7>
U)(J	(Dq
где Р12 — электромагнитная мощность; Д®, ®0 — соответ-
ственно перепад угловой скорости, обусловленный момен-
том М, и угловая скорость идеального холостого хода;
2) для асинхронного двигателя
ДР. — A4®oS (1 + Pi/P-г) = Р12S (1 -f- Р1/Р0.	(9.8)
Выше при рассмотрении различных способов регулиро-
вания угловой скорости электроприводов постоянного и
переменного тока приводились необходимые соотношения
для определения потерь в двигателях при установившемся
режиме.
Более подробно остановимся на определении потерь и
расходе энергии в переходных процессах. Здесь целесо-
образно находить не среднее значение потерь мощности,
а расход и потери энергии за время переходного процесса.
332
Потери энергии в двигателе за время переходного про-
цесса /п>п в общем случае равны:
ЛДП, „ = j" ДР2 (о dt = nf (ДРК + дрт) (/) dt. (9.9)
о	о
Так как по сравнению с переменными постоянные по-
тери в переходном процессе малы, то в дальнейшем они учи-
тываться не будут.
Для двигателя постоянного тока независимого возбуж-
дения потери при пуске равны:
С
ДАП = $ M(a0-a)dt.	(9.10)
о
Если пуск совершается вхолостую (при Л4С = 0), то из
,,	, с/й)
уравнения движения следует: dt = J , тогда
(Во
ДДпо = § J (®о — со) dm,
о
или
ДАпо=/®о/2.	(9.11)
Следовательно, потери энергии при пуске двигателя
вхолостую определяются запасом кинетической энергии,
накопленной массами привода к концу пуска.
Полезная работа (затраченная на пуск привода), произ-
веденная двигателем за время пуска вхолостую, также
равна запасу кинетической энергии, накопленной массами
за этот период:
AnO = 7coJ/2.	(9.12)
Расход электрической энергии из сети равен:
=	(9.13)
На рис. 9.6 приведены идеализированные графики угло-
вой скорости и развиваемой (полезной) и потребляемой из
сети мощности двигателя постоянного тока независимого
возбуждения. Суммарная потребляемая за время пуска
из сети энергия отображается прямоугольником Обве', по-
стоянные потери соответствуют площади абвг. Полезная
мощность двигателя растет по прямой Ог, принимая мак-
симальное значение к концу пуска, затем падает до 0, так
как Л4С = 0; при этом не учитываются постоянные потери,
333
отмеченные отрезком де-ег. Энергия, потребляемая якорной
цепью двигателя, пропорциональна площади Оаге, площадь
треугольника Оаг — потерям в якорной цепи двигателя,
а Оге — полезной работе. График изменения угловой ско-
рости со (I) при постоянном моменте показан отрезком Ож.
При пуске двигателя под нагрузкой в предположении,
что Л4С = const, потери энергии
ААП = § Л4(®0 — a>)dt = <\ (Л4С + Л4ДИН)(®О-®)(Й.
о	о
Так как dt = J da)/M№a, то после преобразований
“с	*п
А Ап = $ J (®о — ®) da + Мс (®о — ®) dt,
о
или
®0^П —	® dt
о
ААП = J (®о®с — ®с/2) + Л4С
Первый член выражения (9.14) представляет собой по-
тери энергии в якорной цепи, обусловленные разгоном инер-
Рис. 9.6. Идеализированные
графики угловой скорости и раз-
виваемой и потребляемой из се-
ти'мощностей двигателя постоян-
ного тока независимого возбуж-
дения при пуске вхолостую,
Рис. 9.7. К графическому оп-
ределению потерь при пуске
двигателя постоянного тока не-
зависимого возбуждения под
нагрузкой.
ционных масс привода (ААП,ДИН), а второй — потери, вы-
званные наличием момента нагрузки (АДП1С).
Формулу (9.14) можно записать так:
ДАц = ААП, дин +	6»	(9.15)
834
Если сос мало отличается от соп
то
ЛЛП.ДИН^/(OS/2;
ДЛП,
/	п
= Л4С <О(/П — § &dt
\	6
Подсчет ДЛП,С можно произвести, воспользовавшись
следующим графиком (рис. 9.7), на котором дается зависи-
мость со = f (О-
На рис. 9.7 заштрихованная площадь равна;
Zn
Fn = соо/п — § и dt.
о
Следовательно,
ДЛП,С = Л1СЕП.	(9.16)
Тогда потери в якорной цепи двигателя
ДЛП = J (со0сос — ®с/2) + McFn. (9.17)
Потери энергии при торможении противовключением
вхолостую определяются по формуле
О	(Во
Д Лт, J ( coq со) day = J (coq -ф со) с/со,
О)о	о
или
ДЛГ, „о = 37сое/2.	(9.18)
Таким образом, потери при торможении противовклю-
чением вхолостую равны тройному запасу кинетической
энергии, т. е. в Зраза превышают по-
тери энергии при пуске вхолостую.
Графическая интерпретация измене-
ния механической и электрической
мощности при торможении противо-
включением с Мй = 0 показана на рис.
9.8. Механическая мощность, посту-
пающая с вала, преобразуется вэлект-
Рис. 9.8. Графическая интерпретация изме-
нения механической и электрической мощно-
стей при торможении противовключением
вхолостую двигателя постоянного тока не-
зависимого возбуждения.
рическую и выделяется в якорной цепи двигателя, что опре-
деляет одну составляющую потерь, прямо пропорциональ-
335
ную площади треугольника Оаб. Так как напряжение сети
постоянно во время торможения, то вторая составляющая
потерь обусловлена потреблением электрической энергии
из сети и пропорциональна площади, ограниченной прямо-
угольником Обвг. Как видно, сумма этих составляющих и
определяет тройной запас кинетической энергии.
При торможении противовключением под нагрузкой
Л4С = const) потери энергии можно определить по формуле
ДА, п = J (®0®с + ®с/2) — Мс $ (соо + a)dt, (9.19)
о
или
ДАГ(п = J(®о<х>сАсос/2) — Л4С(А § соdtj.	(9.20)
Аналогично предыдущему можно обозначить:
Д
СО(А А ® А-
6
Окончательно
ДАТ, п = J (®осос А <о®/2) — MJ\. (9.21)
Из (9.21) следует, что потери энергии при торможении
двигателя под нагрузкой меньше, чем вхолостую.
При динамическом торможении якорь двигателя отклю
чен от сети и замкнут на резистор, поэтому кинетическая
энергия, запасенная в массах электропривода, в процессе
торможения превращается в электрическую и выделяется
в виде теплоты в якорной цепи.
Потери энергии в якорной цепи двигателя при динами-
ческом торможении вхолостую
о	й»
ДА,до =—А» d(i> = $ Jadti),
Йо	о
или
'ДА,до = -Аоо/2.	(9.22)
Если динамическое торможение производится под на-
грузкой (/Ис = const), то потери энергии в якорной цепи
Д
ДА,д = /®1/2-ЛЦ <£>dt.	(9.23)
о
336
Второй член (9.23) легко подсчитать, как и ранее, если
известна зависимость а> = f (t).
Потери энергии в якорной цепи двигателя при реверси-
ровании без нагрузки
— СО о
АЛро= —®о —®)d® =
С0о
СОо
Р	/м2
= J 7(®o + ®)d® = 4-~.	(9.24)
— СОо
Формула (9.24) подтверждает, что потери энергии при
реверсировании складываются из суммы потерь энергии при
торможении противовключением и пуске.
Для определения потерь энергии при реверсировании
под нагрузкой можно воспользоваться формулой
АЛР = АЛП + АЛТ.П.	(9.25)
Следует подчеркнуть, что при управлении двигателем
независимого возбуждения от источника с постоянным
напряжением и Л4С = 0 на потери в переходном режиме
не влияет значение тока в якорной цепи, с которым пу-
скается или тормозится двигатель, а следовательно, и элект-
ромагнитный момент. Эти потери остаются неизменными
при любом числе ступеней пускового или тормозного рези-
стора, так же как и при безрезисторном управлении. От-
сюда следует, что и длительность переходного процесса не
оказывает влияния на потери энергии в переходных режи-
мах, если Л4С = 0, а постоянные потери не учитываются.
Иначе, чем в случае двигателя постоянного тока неза-
висимого возбуждения, определяются потери при переход-
ных процессах в двигателе постоянного тока последова-
тельного возбуждения, у которого магнитный поток за-
висит от тока якоря, т. е. имеет место нелинейная зави-
симость между током якоря и моментом. Здесь для опре-
деления потерь необходимо построить график зависимости
квадрата тока якоря в переходном процессе от времени и,
проводя численное интегрирование этой кривой, вычислить
потери энергии. Так же определяются при переходных
режимах потери энергии в двигателе постоянного тока сме-
шанного возбуждения и для других типов двигателей в
случае существенного изменения магнитного потока или
статического момента в течение переходного процесса. Сле-
дует отметить, что при пуске и торможении противовключе-
337
нием двигателя постоянного тока последовательного воз-
буждения при неизменном напряжении потери энергии
в нем могут быть меньше, больше или равны соответствую-
щим потерям в двигателе постоянного тока независимого
возбуждения. Если среднее значение тока в переходном
режиме у двигателя последовательного возбуждения больше
номинального, то вследствие увеличенного магнитного по-
тока момент, развиваемый двигателем, окажется больше,
а время переходного процесса и потери энергии меньше,
чем у двигателя независимого возбуждения, при прочих
равных условиях (в частности, при одинаковых токах).
Рис. 9.9. Схема пуска двухдвигательного привода постоянного тока
с двигателем независимого возбуждения изменением напряжения в две
ступени,
а — схема для первой ступени; б — для второй ступени. \
Если же ток в среднем меньше номинального, то момент
двигателя последовательного возбуждения меньше, чем
у двигателя независимого возбуждения, а время и потери
энергии будут больше. Только при номинальном токе для
обоих типов двигателей время и потери энергии будут оди-
наковыми в переходных режимах.
Если при управлении переходными процессами напря-
жение, подводимое к двигателю, изменяется от меньшего
значения в начале процесса до большего в конце его, то
потери в якорной цепи становятся меньшими, чем при не-
изменном напряжении.
Рассмотрим простейший случай пуска изменением на-
пряжения в две ступени двухдвигательного привода по-
стоянного тока с двигателями независимого возбуждения,
каждый из которых рассчитан на номинальное напряжение.
Вначале (рис. 9.9, а) якорные цепи обоих двигателей вклю-
338
чены последовательно, и напряжение, приходящееся на
выводы якоря каждого из двигателей, равно половине не-
минального — оба двигателя разгоняются до половинной
Рис. 9.10. Графики процесса разгона двухдвигательного привода по-
стоянного тока с двигателями независимого возбуждения в две ступени.
а — графики напряжения и угловой скорости; б — графики электрической
и механической мощностей.
угловой скорости. Очевидно (если считать для упрощения
/Ис = 0) потери энергии при пуске до угловой скорости,
равной ®0/2, составят:
ДАпо/ = /х (®o/2)2/2 = 7s ®|/8,
а при последующем разгоне от угловой скорости ®0/2 до (оо,
осуществляемом переклю-
чением с последовательно-
го соединения двух дви-
гателей на параллельное
(рис. 9.9, б), потери энер-
гии равны:
А Лпо// = /х (®о — о)о/2)2/2 =
=
Таким образом, суммар-
ные потери (пуск в две сту-
Рис. 9.11, Зависимости со0 (/) и
со (/) при пуске вхолостую двига-
теля постоянного тока независимо-
го возбуждения путем линейного
изменения во времени подводимо-
го к якорю напряжения,
пени): АЛп0/ = Jsсо§/4, т. е.
в 2 раза меньше, чем при
пуске в одну ступень (сра-
зу до соо). Графики, приве-
денные на рис. 9.10, а и б,
иллюстрируют в упрощенном виде процесс пуска двух-
двигательного привода в две ступени; площади заштри-
339
хованных треугольников пропорциональны потерям энер-
гии.
В случае линейного во времени изменения напряжения,
подводимого к якорю двигателя постоянного тока независи-
мого возбуждения (линейно изменяется и задаваемая угло-
вая скорость идеального холостого хода), зависимости
®0 (t) и ® (0 при пуске вхолостую можно представить, как
это показано на рис. 9.11. Здесь на первом этапе пуска
при t . tn0
Со(0 = е^-7’м8п(1-е-//Ч
М = 7еп(1
на втором этапе при t > tn0
®(0 = ©Оном + (®п-«Оном)e~t,/r*; M = Mne~ilT«, (9.26)
где еп — угловое ускорение;Тм — электромеханическая по-
стоянная времени привода; ®п и Л4П — соответственно угло-
вая скорость и момент при t = in0; t* = t — tn0.
Потери энергии
«п
ДАпо = $ М (соо — со) dt.
о
Полагая tn0	Тч и допуская для	упрощения линейную,
зависимость для	со (/), получаем:	j
® (/) &nt Тме.п.	j
Кроме того,	’
«О « =	J	8п^пО «Оном*
Тогда
«п
А-^пО =	*^еп^м^п
О
Или окончательно
ААпо= /Ю°НОМ~И-.	(9.27)
*	*П0
Из (9.27) следует, что когда Тм tn0, потери энергии
при пуске с линейным изменением напряжения значительно
меньше (в 5—6 раз), чем в случае пуска с постоянным на-
пряжением.
Если пуск двигателя постоянного тока независимого
возбуждения производится в системе Г — Д путем включе-
340
ния обмоток возбуждения генератора на полное напряже-
ние и ЭДС генератора изменяется по экспоненциальному
закону, то потери в якорной цепи
С
ААп = рЖ.г + Яя.дЖ	(9.28)
о
Для пуска вхолостую с учетом, что
C =	(9-29)
после преобразования получим:
ДАиОг-д = ДАпО^_,	(9.30)
где ДАп0 = ^®о/2; т — Тв/Ты — отношение постоянной
времени обмотки возбуждения к электромеханической по-
стоянной времени привода.
Из (9.29) и (9.30) следует, что чем больше Тд по сравне-
нию с Тя, тем медленнее нарастает ЭДС генератора, за-
медляется пуск двигателя и уменьшаются потери энергии.
Форсирование процесса возбуждения приводит к возраста-
нию потерь энергии.
Можно показать, что при пуске под нагрузкой потери
в якорной цепи системы Г — Д равны:
Д^п.Г-Д = ДАпог-д + ^с (2ТМ + Д®с£п/®о),	(9.3!)
где Pz, А«с — соответственно мощность, потребляемая дви-
гателем, и перепад угловой скорости, обусловленный мо-
ментом нагрузки Л4С при установившейся ЭДС генератора.
В процессе рекуперативного торможения вхолостую пу-
тем снятия напряжения с обмотки возбуждения генератора
потери в якорной цепи составят:
ДАт0 = ААп()^т.	(9.32)
То же при Мс = const:
А АтГ - д = ДАп0	- РС(2ТЯ + ДсоЛМо). (9.33)
Потери при торможении под нагрузкой при том же вре-
мени оказываются меньшими, чем вхолостую, из-за мень-
шего тока в якоре.
Пусковые потери в асинхронном двигателе, если пре-
небречь постоянной составляющей потерь АРК и влиянием
341
тока холостого хода (т. е. считать R Is), можно опрёде-
лить по формуле
4
ДЛП = 3/tj (7?i 4~	4~ /?адоб) dtt (9.34)
о
При Л4С = О
dt =— (Ja>0/M) ds.
Выражая потери мощности в роторной цепи через мощ-
ность скольжения, т. е. ЗД (7?г 4- /?2ДОб) = Л4<o0s, в ре-
зультате несложных преобразований получаем:
ЬИТЧ
ДЛП = J(d$s
skoh
#1
Ла4~^2доб
или, учитывая, что sH;pl = 1 и sK0H = О,
ДЛпо
 / J I R1 \
2	\	^?2 4~В2доб /
(9.35)
(9.36)
где соо —синхронная угловая скорость двигателя; Rlt R'2,
^2Доб — соответственно сопротивление фазы статора, при-
веденные к цепи статора сопротивление фазы ротора и со-
противление добавочного резистора в цепи ротора; для дви-
гателя С КОрОТКОЗаМКНуТЫМ рОТОрОМ /?2доб = 0.
Из (9.36) следует, что потери при пуске состоят:
1) из потерь в роторной цепи: ДЛп02 = 4©о/2, опре-
деляемых запасом кинетической энергии, которую приобре-
тает привод к концу пуска;
2) из потерь в статорной цепи: ДЛп01 = ——4—,
2	/?2“Г А’-'Доб
зависящих от активных сопротивлений статора и роторной
цепи; чем больше сопротивление роторной цепи, тем меньше
потери в статоре асинхронного двигателя. Уменьшение по-
терь в статоре с ростом вторичного сопротивления объяс-
няется уменьшением пускового тока.
Для двигателя с короткозамкнутым ротором /?2дОб = 0,
и составляющая потерь в статоре равна:
В двигателях общего назначения (единой серии) с ко-
роткозамкнутым ротором Rr Rz, т. е. в этом случае со-
ставляющая потерь энергии в статоре численно равна запасу
кинетической энергии, т. е. потерям в роторе.
342
За счет применения двигателей со специальной конструк-
цией короткозамкнутого ротора, имеющего повышенное со-
противление, может быть достигнуто уменьшение потерь
в статоре. Это двигатели со сплошным стальным ротором и
двигатели с повышенным номинальным скольжением. Дви-
гатели, имеющие ротор с глубокими пазами или ротор
с двойной беличьей клеткой (двигатели типа Бушеро),
также обладают повышенным сопротивлением ротора, из-
меняющимся в функции скольжения, что приводит к умень-
шению переменных потерь в статоре. Потери в роторной
цепи при пуске вхолостую для всех типов двигателей опре-
деляются запасом кинетической энергии.
Потери энергии при пуске асинхронного двигателя под
нагрузкой (Л4С = const) могут быть определены по формуле
КА А ср
п п0 Мп,ср~Мс ’
(9.37)
где Л1П)Ср = (1 + ka) Л4яом/2 — средний пусковой момент
асинхронного двигателя; А, = Л4К/Л4ИОМ; kn = Л4П/Л4НОМ;
Л4П — пусковой момент (момент короткого замыкания дви-
гателя).
Потери энергии в асинхронном двигателе при торможе-
нии противовключением могут быть найдены по (9.35) при
подстановке в нее пределов интегрирования sHa4 = 2 и
sK0H = 1, тогда
	, Ri \
2	\ АА + А’-’доб /
(9.38)
Если торможение противовключением производится под
нагрузкой (Л4С = const), то потери равны:
•Mt. СП
А-1т. и = д Лт, по ~м^ ср + лД»	(9-39)
где Л4Т!Ср — средний момент, развиваемый асинхронным
двигателем при торможении противовключением.
Потери энергии в роторной цепи двигателя в период
динамического торможения вхолостую определяются запа-
сом кинетической энергии, который приобретет привод
к началу торможения, т. е.
Потери в статоре в этом случае
A Ат, дин! = 3/IkbT?!^;	(9.40)
343
здесь /9КВ — эквивалентный ток статора; /т — время ди-
намического торможения.
Наконец, если динамическое торможение происходит
под нагрузкой (Мс = const), то потери в роторной цепи
АЛТ, дин2 = ДЛТ, дин02	(9.41)
тт, дин, ср b m с
Потери в статоре для этого случая определяются по
(9.40) с учетом того, что время торможения будет меньше
при том же значении Дкз.
У двух- или многоскоростных двигателей потери энер-
гии значительно выше, чем у односкоростного двигателя
такой же мощности, имеющего номинальную угловую ско-
рость, равную максимальной угловой скорости многоско-
ростного двигателя, обладающего значительно большими
габаритами и моментом инерции. Поэтому прямой пуск
многоскоростного двигателя на максимальную угловую
скорость нежелателен. Целесообразно для уменьшения пу-
сковых потерь энергии использовать ступенчатый пуск.
В случае двухскоростного двигателя пуск осуществляется
в две ступени. При включении обмотки статора при пуске
на первую ступень таким образом, что синхронная угловая
скорость будет равна половине верхней (со0/2), потери
энергии составят (ЛЦ = 0):
АЛпог = -“1(1 + ^).	(9.42)
Пуск на вторую ступень от угловой скорости соо/2 до w0
вызовет потери
ДЛПО// = 4Ц1 + М	(9.43)
Суммарные пусковые потери составят:
АЛп0 = ДЛп0/ + А Л „он =	(1 + -§-)•	(9.44)
Следовательно, при двухступенчатом пуске потери энер-
гии окажутся вдвое меньше, чем при пуске в одну ступень,
если отношение R-JR'z сохранится неизменным с переклю-
чением числа полюсов. Ступенчатый пуск двухскоростного
двигателя аналогичен пуску двигателя постоянного тока
независимого возбуждения изменением подводимого к якорю
напряжения в две ступени.
При многоступенчатом пуске трех- или четырехскорост-
ного двигателя потери энергии еще в большей мере сни-
344
жаются. Например, если осуществить ступенчатый пуск
четырехскоростного двигателя, имеющего синхронные ча-
стоты вращения 500/1000/1500/3000 об/мин, то потери энер-
гии на первой, второй, третьей ступенях пуска составят
по 1/3(3 и на четвертой 1/4, а общие пусковые потери энергии
т/3 потерь при прямом пуске в одну ступень до 3000 об/мин.
Для двигателя с частотами вращения 500/750/1000/
1500 об/мин при четырехступенчатом пуске общие потери
энергии составят 5/18 пусковых потерь в одну ступень до
1500 об/мин.
Торможение двух- или многоскоростных асинхронных
двигателей с целью снижения потерь также может быть
ступенчатым.
Если двухскоростной двигатель имеет две синхронные
угловые скорости соО2 и соо1, то торможение от и02 до w01
можно осуществить с рекуперацией энергии в сеть, а с
до О — противовключением или динамическим торможе-
нием. На первой ступени потери энергии при рекуператив-
ном торможении вхолостую можно определить по формуле
1 — т
АДРеКо = f sds = ^k'^~^ + \ (9.45)
r	ut	Z;	IIV
0
где m = wO2/«oi; k' = (T?2 + /?i)//?2-
Потери энергии на второй ступени (торможение противо-
включением)
2
AA,no = ^ J sds = j-^k"(9.46)
1
Суммарные потери при ступенчатом торможении (в пред-
положении, что k' —	— k)
АД0ступ = С06^Ц^±1;	(9.47)
здесь Со = Jмог-
Если осуществить торможение противовключением с мак-
симальной угловой скорости до остановки, то
2
АAr, n0 = Cok § sds = Cok. . (9.48)
i
Отношение потерь по (9.47) к потерям по (9.48)
ДД1Оступ/ДД11ПО = |22!^±1.	(9.49)
345
Например, если осуществляется ступенчатое торможе-
ние двухскоростного двигателя с т = 2, то потери энергии
составят 2/3 потерь при торможении противовключением
в одну ступень. С увеличением т уменьшаются потери
энергии в полюсопереключаемом двигателе при ступенча-
том торможении по сравнению с потерями при торможении
противовключением в одну ступень. Еще меньшими оказы-
ваются потери энергии в частотно-управляемом асинхрон-
ном электроприводе, которые могут быть ориентировочно
определены аналитически, если пренебречь электромагнит-
ными процессами. Примем, что электромеханический про-
цесс протекает с абсолютным скольжением, меньшим кри-
тического, т. е. |3 < |3К.
При указанном ограничении потери можно найти из
следующей системы уравнений:
М = <р (Р, а); I
(О = <Вц10м Р)>
oc = 4p(f).
(9.50)
Уравнение движения в свою очередь можно выразить
так:
Л4 = Мс+/о)1ном^--^1ном<.	(9.51)
Из (9.51) видно, что динамический момент представляется
двумя составляющими:
МДИ11О = /а)1ном-^ = /е;	(9.52)
МдияР = Ло1ном-|-,	(9.53)
где 8 = dajdt.
Момент двигателя при управлении с Р < |3К можно
представить линейным уравнением
Л4 = ^р,	(9.54)
Где kfi У1ном^ном*
Учитывая из (9.50) третье уравнение и (9.54), получаем
выражение механической характеристики двигателя при
частотном управлении
М = /ера —
(9.55)
346
и уравнение движения
М+<^1йом# = Мс+/^’	(9-5б)
db	СЬЬ
ИЛИ
kft	dki)
М(0 = Мс + -^-<о + </-^-.	(9-57)
,	®1ном	Ш
Для линейного изменения частоты во времени, е =
= const, параметр абсолютного скольжения можно опре-
делить по формуле
Р = Мс.+ 4 (1 -е~г/7м)-{- рсе~г/\	(9.58)
где 7М </w1HOMsHOM/44HOM, рс = Л4с/^р.
Потери энергии при пуске
*п
ДЛП = $ Ma^il + RMdt. (9.59)
о
Зная зависимость Р = f (/), можно определить АЛП;
при Л4С = 0, принимая для упрощения, что ta )> Та, полу-
чаем; р = Jzlk$\
ДАп0=-^^(1 + ^-)^.	(9.60)
Таким образом, (9.60) совершенно аналогично (9.27),
что и следовало ожидать. Из (9.60) следует, что для Тм
4о потери при частотном пуске с р < рк значительно
меньше, чем в случае прямого включения асинхронного дви-
гателя с а = 1.
Так же могут быть найдены потери при частотном тор-
можении.
Необходимо отметить, что минимальные потери при ча-
стотном управлении могут быть достигнуты в результате
установления оптимального значения абсолютного- сколь-
жения ропт. Его можно выбирать, исходя из режима мини-
мума потерь или режима минимума тока.
Значение ропт в режиме минимума тока выбирается так,
чтобы заданному току статора соответствовал максимум
электромагнитного момента, что обеспечивает необходимое
быстродействие, а следовательно, при выбранном токе и
минимум электрических потерь. Пользуясь механическими
характеристиками М = f (Р), построенными для фиксиро-
ванных значений токов статора, можно установить общую
закономерность независимо от типа и параметров асинх-
347
ронного двигателя, заключающуюся в том, что с ростом
тока статора увеличивается критическое скольжение 0К.
Линия оптимального скольжения проходит через точки
максимума моментов, каждый из которых отвечает своему
постоянному значению тока статора. Таким образом, срав-
нительно просто находится |30ПТ.
Определение |30ПТ в режиме минимума потерь связано со
значительно более сложными расчетами и практически не
всегда оправдано, так как потери энергии при частотном
пуске и торможении, полученные в режиме минимума по-
терь, всего на несколько процентов отличаются от рассчи-
танных из условия минимума тока.
Приведенные выше соотношения для определения потерь
энергии в переходных режимах при различных способах
управления асинхронными двигателями не учитывают влия-
ния электромагнитных процессов и насыщения магнитной
цепи. Их влияние можно оценить в результате решения
дифференциальных уравнений асинхронного двигателя при
питании его как непосредственно от сети, так и от соответ-
ствующего преобразователя частоты. Эти уравнения, до-
полненные уравнениями для мощности потерь и потерь
энергии, сложные и нелинейные и аналитически не ре-
шаются. Их решение возможно с использованием средств
вычислительной техники.
9.3. Нагрев и охлаждение двигателя.
Классификация режимов работы
электроприводов
Потери энергии в двигателе вызывают нагрев
его отдельных частей. Допустимый нагрев двигателя опре-
деляется нагревостойкостью применяемых изоляционных
материалов. Чем больше нагревостойкость, тем при той же
мощности меньше размеры двигателя или при тех же раз-
мерах можно увеличить его мощность. Лучшему исполь-
зованию двигателя способствует также более совершенная
система его охлаждения.
Изоляционные материалы, применяемые в электриче-
ских машинах, делятся на следующие основные классы
нагревостойкости.
Изоляция класса А. К этому классу относятся
хлопчатобумажные ткани, пряжа, бумага, волокнистые ма-
териалы из целлюлозы и шелка, пропитанные или погру-
женные в жидкий диэлектрик. Допустимая предельная
348
температура 105 °C. В настоящее время электрические дви-
гатели с изоляцией класса А практически не изготовляют.
Такую изоляцию имеют двигатели постоянного тока се-
рии П мощностью до 2,2 кВт и асинхронные двигатели се-
рий А, АО до 6-го габарита включительно, АК-
Изоляция класса Е. Этот класс включает
синтетические эмали (для изоляции проводов) на основе
полиэфирных эпоксидных и подобных им смол, синтетиче-
ские органические пленки и т. п., синтетические материалы.
Допустимая предельная температура нагрева 120 °C. Эта
изоляция имеет небольшое применение в двигателях малой
мощности. В основном двигатели изготовляют с изоляцией
классов В и F.
Изоляция класса В. К этому классу отно-
сятся слюда, асбест, стеклянное волокно и другие неорга-
нические материалы со связывающими материалами орга-
нического происхождения. Допустимая предельная тем-
пература нагрева 130 °C. Эти материалы применяются
в двигателях серий 2П с высотой оси вращения до 120 мм
включительно; 4А с высотой оси вращения до 132 мм. При-
менялись в старых сериях П мощностью от 3,2 до 14 кВт
и в компенсированных двигателях мощностью 100—400 кВт;
АО свыше 6-го габарита; А2 и АК2 мощностью от 400 до
1250 кВт.
Изоляция класса F. Этот класс включает те
же материалы, что и для класса В, но сочетающиеся с син-
тетическими связующими и пропитывающими составами,
модифицированными кремни йорганическими соедине-
ниями. Допустимая предельная температура нагрева 155 °C.
Такую изоляцию имеют двигатели серий: 4А с высотой оси
вращения свыше 132 мм, 2П с высотой оси вращения свыше
225 мм; MTF, MTKF; старых серий П мощностью свыше
14 кВт.
Изоляция класса Н.К этому классу относятся
те же материалы, что и для класса В, но в сочетании с крем-
иийорганическими связующими и пропитывающими со-
ставами. Допустимая предельная температура 180 °C. Эта
изоляция применяется для двигателей с частыми пусками
и реверсами, а также при высокой температуре окружаю-
щей среды, например, для двигателей, предназначенных для
грузоподъемных машин, в том числе металлургических.
Такую изоляцию имеют двигатели серий МТН, МТКН, Д.
Изоляция класса С. Этот класс включает
слюду, керамические материалы, стекло, кварц, применяе-
34а
мне с неорганическими связующими составами или без
связующих составов. Допустимая предельная температура
более 180 °C. Нагревостойкость этих материалов не исполь-
зуется полностью в современном электромашиностроении,
поэтому предельная температура нагрева для этого класса
не установлена.
Соблюдение установленных ограничений по допустимой
температуре нагрева обеспечивает срок службы изоляции
электрических машин для новых серий двигателей 15—
20 лет (например, двигатели серии 4А — 15 лет, серии Д —
20 лет). Превышение допустимых температур ведет к раз-
рушению изоляции обмоток и к сокращению срока эксплуа-
тации двигателя. Так, для изоляции класса А превышение
допустимой температуры нагрева на 8—10 °C сокращает
срок службы изоляции вдвое.
Предельные температуры обмоток двигателей с изоля-
цией различных классов достигаются при номинальной на-
грузке и температуре окружающей (охлаждающей) среды
40 °C и при высоте над уровнем моря до 1000 м. При тем-
пературе меньше 40 °C двигатель может быть нагружен не-
сколько выше номинальной нагрузки (для изоляции клас-
са А превышение номинальной нагрузки не допускается).
При большей температуре окружающей среды и высоте над
уровнем моря выше 1000 м нагрузка двигателя должна
быть снижена относительно номинального значения. Сте-
пень снижения (или увеличения) нагрузки зависит, кроме
температуры окружающей среды и высоты, еще от класса
изоляции, режима работы двигателя и соотношения по-
стоянных и переменных потерь. Ориентировочно для вы-
соты до 1000 м при повышении температуры среды до 45 °C
рекомендуемое снижение тока нагрузки составляет от 2
до 7 %, при температуре 50 °C — от 4 до 15 %, при 60 °C —
от 10 до 30 %. Увеличивать нагрузку сверх номинальной
при температуре среды ниже 40 °C (за исключением аварий-
ных случаев) не рекомендуется, так как разница между сред-
ней и максимальной температурой (наиболее нагретой части
обмотки) возрастает примерно пропорционально квадрату
коэффициента нагрузки, что может привести к появлению
опасных пиковых температур; кроме того, устанавливаемый
срок службы двигателя учитывает естественные колебания
температуры окружающей среды, что находит отражение
в отказе от нормирования допустимой температуры обмо-
ток двигателя.
Для двигателей нормируется недопустимая температура
350
обмотки и других частей машины, а допустимое превышение
температуры обмотки над температурой окружающей среды.
Условия нагрева отдельных частей машины различны.
Большему нагреву подвергаются части обмоток, располо-
женные во внутренних областях машины. Так же неоди-
наково и выделение теплоты в различных режимах ра-
боты, и поэтому направление тепловых потоков внутри ма-
шины непостоянно. При холостом ходе теплота передается
от более нагретой стали двигателя к его обмоткам, а в на-
груженном состоянии обмотки более нагреты, чем сталь, и
направление теплового потока обратное. Эти обстоятель-
ства весьма усложняют тепловые расчеты, и поэтому без
соответствующих упрощений сделать выбор мощности не-
возможно.
Исследование тепловых процессов в двигателях произ-
водится со следующими допущениями: 1) двигатель рас-
сматривается как однородное тело, обладающее бесконечно
большой теплопроводностью, с одинаковой температурой
во всех точках выделения теплоты и точках, соприкасаю-
щихся с охлаждающей средой; 2) теплоотдача во внешнюю
среду пропорциональна первой степени разности темпера-
тур двигателя и окружающей среды; 3) температура охла-
ждающей среды постоянна; 4) теплоемкость двигателя, мощ-
ность тепловых потерь и теплоотдача не зависят от темпе-
ратуры двигателя.
Уравнение теплового баланса двигателя при неизмен-
ной нагрузке имеет вид:
Qdt = Axdt+Cdx,	(9.61)
где Q — количество теплоты (мощность потерь в двига-
теле), выделяемое двигателем в единицу времени, Дж/с;
А — теплоотдача двигателя — количество теплоты, отда-
ваемой двигателем в охлаждающую среду в единицу вре-
мени при разности температур в 1 °C, Дж/(с-°С); т — пре-
вышение температуры двигателя над температурой охла-
ждающей среды, °C, равно:
т = ^д-^0.с,	(9.62)
где Од, $о.с—соответственно температура двигателя и
охлаждающей среды, °C; С — теплоемкость двигателя —
количество теплоты, необходимое для повышения темпера-
туры двигателя на 1 °C, Дж/°С.
351
Разделив члены уравнения (9.61) на A dt, получим:
<мз>
или
т + ?н1Г = ту-	(9-64)
где Та — постоянная времени нагрева двигателя — время,
в течение которого превышение температуры от т = 0 до-
стигло бы установившегося значения ту при Q = const и
отсутствии теплоотдачи в охлажденную среду, Тн = С/А.
Решение уравнения (9.64)
т = ту(1—е //7н)4-тое 1/Г",	(9.65)
где ту, т0 — соответственно конечное (установившееся) и
начальное значения превышения температуры двигателя
над температурой окружающей среды:
Ту = QM.	(9.66)
Если т0 — 0, то (9.65) примет вид:
т = Ту(1-е-//гн).	(9.67)
Согласно (9.65) и (9.67) на рис. 9.12 построены кривые 1
и 2 нагрева двигателя соответственно для т0> 0 и т0 = О
при одной и той же нагрузке
(Qi = const). Если двигатель
будет нагружен меньше (Q2<
< Qj), то этому случаю от-
вечает кривая 3 при усло-
вии, что т0 = 0.
На рис. 9.13 даны кривые,
отображающие процесс охла-
ждения двигателя. Здесь кри-
вая 1 соответствует уменьше-
нию нагрузки, а кривые 2 и
3 — отключению двигателя от
Рис. 9.12, Кривые нагрева дви- сети.
гателя.	В предположении, что про-
цесс нагрева двигателя про-
исходит без отдачи теплоты в охлаждающую.среду, превы-
шение температуры его изменяется по линейному закону
(тонкие линии на рис. 9.12 и 9.13). Отсюда следует, что
постоянная времени нагрева (охлаждения) двигателя равна
отрезку, заключенному между перпендикуляром к оси абс-
352
Рис. 9.13. Кривые охлаждения
двигателя.
цисс, проведенным через точку касания касательной к
экспоненциальной кривой т (/), и точкой пересечения этой
касательной с асимптотой (на рис. 9.12 и 9.13 это ось ор-
динат).
В реальных условиях вследствие теплоотдачи двигателя
за время Тп превышение температуры двигателя достигнет
значения т = 0,632 ту, что следует из (9.67), в котором
т = ту(1 — Ц1) = 0,632ту.	(9.68)
Действительная кривая нагрева несколько отличается
от экспоненты. В начале процесса нагрева повышение тем-
пературы двигателя идет бы-
стрее, чем по теоретической
кривой, и лишь начиная с
т = (0,5 4- 0,6) ту до т = ту
действительная кривая при-
ближается к экспоненциаль-
ной. Поэтому определение по-
стоянной времени нагрева на
начальном участке по методу
касательной может привести
к значительной ошибке.
У самовентилируемых дви-
гателей открытого исполне-
ния малой и средней мощно-
сти постоянная времени соста-
вляет около 1 ч, у двигателей закрытого типа большой мощ-
ности — 3—4 ч. При отключении самовентилируемого дви-
гателя и его остановке постоянная времени охлаждения То
оказывается значительно больше, чем нагрева Тн. Это
объясняется тем, что при остановке самовентилируемого
двигателя уменьшается его теплоотдача. Коэффициент ухуд-
шения теплоотдачи при неподвижном якоре (роторе)
Ро = Л)М,	(9.69)
где Ао, А — теплоотдача соответственно при неподвижном
двигателе и номинальной угловой скорости.
Примерные значения коэффициента (ф, для двигателей
различного исполнения приведены ниже:
Исполнение двигателя........................................Ро
Закрытый с независимой вентиляцией.....................'.	. . 1
Закрытый без принудительного охлаждения..............0,95	— 0,98
Закрытый самовентилируемый...........................0,45	— 0,55
Самовентилируемый защищенный ........................0,25	— 0,35
12 Чиликин М. Г., Сандлер А. С.	353
Как следует из (9.65) или (9.67), время нагрева двига-
теля до установившейся температуры равно бесконечности.
Практически нагрев двигателя можно считать законченным,
когда превышение температуры его достигнет значения
(0,95—0,98) ту соответственно через время от начала на-
грева, равное (3—4) Тк.
Различные условия работы производственных механиз-
мов обусловливают различные режимы работы электро-
Рис, 9.14, Зависимости мощно-
сти Р на валу двигателя, мощ-
ности потерь ДР и температуры
О от времени в продолжитель-
ном номинальном режиме рабо-
ты (S1).
(S2) называется режим, при
номинальной нагрузки чере,
приводов, которые классифи-
цируются на восемь режимов
с условными обозначениями
от S1 до S81, что позволяет
более точно рассчитывать мощ-
ность двигателя.
1. Продолжительным но-
минальным режимом работы
(S1) электрической машины
называется режим работы ее
при неизменной нагрузке, про-
должающийся столько вре-
мени, что превышения темпе-
ратуры всех частей ее дости-
гают установившихся значе-
ний (рис. 9.14, где Р, АР, 0 —
соответственно мощность на
валу двигателя, мощность
потерь и температура).
2. Кратковременным но-
минальным режимом работы
котором периоды неизменной
дуются с периодами отключе-
ния машины; при этом периоды нагрузки не настолько
длительны, чтобы превышения температуры машины могли
достигнуть установившихся значений, а периоды остановки
настолько длительны, что все части ее охлаждаются до
температуры окружающей среды (рис. 9.15). В этом ре-
жиме рекомендуются продолжительности рабочего периода:
10, 30, 60 и 90 мин.
3. Повторно-кратковременным номинальным режимом
работы (S3) называется режим, при котором кратковре-
менные периоды неизменной номинальной нагрузки (рабо-
1 Эш же обозначения были введены во многие зарубежные стан-
дарты,
354
чие периоды) чередуются с периодами отключения машины
(паузами), причем как рабочие периоды, так и паузы не
Рис, 9.15. Зависимости Р, ЬР и
0 от времени для кратковре-
менного режима (S2),
Рис. 9.16. Зависимости Р, &Р
и 0 от времени для повторно-
кратковременного режима (S3),
настолько длительны, чтобы превышения температуры могли
достигнуть установившихся значений.
В этом режиме работы (рис. 9.16) продолжительность
цикла не превышает 10 мин,
сительной продолжитель-
ностью включения, %,
ПВ = 15, 25, 40 и 60 %,
которая определяется по
формуле
ПВ = 7-4-7-* 100 = -^-- 100,
4р~Г*0	41
(9.70)
где tp — время работы;
10 — время паузы; /ц —
время цикла.
Пусковые потери в этом
режиме практически не
и режим характеризуется отно-
Рис. 9,17. Зависимости Р, ДР и 0
от времени для повторно-кратко-
временного режима с частыми пу-
сками (S4).
оказывают влияния на пре-
вышение температуры ча-
стей машины.
4. Повторно-краткое ре-
менным номинальным режи-
мом работы с частыми пусками (S4) называется режим, при
котором периоды пуска и кратковременной неизменной
12*
355
номинальной нагрузки чередуются с периодами отключе-
ния машины, причем как рабочие периоды, так и паузы не
настолько длительны, чтобы превышения температуры ча-
стей машины могли достигнуть установившихся значений.
В этом режиме пусковые потери оказывают существенное
влияние на превышение температуры частей машины. Здесь
остановка двигателя после его отключения осуществляется
путем выбега либо посредством механического торможения,
так что при отключении двигателя дополнительного нагрева
его обмоток не происходит (рис. 9.17). Данный режим ха-
рактеризуется относительной продолжительностью вклю-
чения, числом пусков в час и коэффициентом инерции при-
вода. Относительная продолжительность включения, %,
определяется по формуле
<п“Нр
ПВ
<п-Нр-Но
• 100.
(9.71)
Нормируемые значения ПВ = 15, 25, 40 и 60 %. Нор-
мируемое число пусков в час—30, 60, 120 и 240.
Коэффициент инерции — это отношение суммарного при-
веденного к валу двигателя момента инерции привода (сумма
момента инерции приводимо-
Рис. 9.18. Зависимости Р, АР и
© от времени для повтор но-крат-
ковременного режима с частыми
пусками и электрическим тормо-
жением (S5).
дами отключения машины,
так и паузы не настолько
температуры частей машин
го механизма и момента инер-
ции якоря или ротора двига-
теля) к моменту инерции яко-
ря (ротора) двигателя:
FI = Js/Jp. (9.72)
Нормированные значения
коэффициента инерции: 1,2;
1,6; 2,5; 4; 6,3; 10.
5. Повторно-кратковре-
менным номинальным режи-
мом работы с частыми пуска-
ми и электрическим тормм
жением (S5) называется рй
жим, при котором период!
пуска, кратковременной нД
изменной номинальной на-
грузки и электрического тор-
можения чередуются с перио-
причем как рабочие периоды,
длительны, чтобы превышения
ы могли достигнуть установив-
356
шихся значений (рис. 9.18). В этом режиме потери пуско-
вые и при электрическом торможении оказывают сущест-
венное влияние на превышение температуры частей маши-
ны. Этот режим характеризуется относительной продол-
жительностью включения, числом пусков в час и коэффи-
циентом инерции.
Относительная продолжительность включения, %,
ПВ
GiHp + G
Gi + fp + G'+^o
• 100.
(9.73)
Рис. 9.19. Зависимости Р, ДР и <Э
от времени для перемежающегося
режима (S6).
Нормированные значения ПВ, числа пусков в час и
коэффициентов инерции такие же, как и в режиме S4,
исключая значения FI =
— 6,3 и 10 и включая до-
полнительное значение
FI = 2.
6. Перемежающимся но-
минальным режимом рабо-
ты (S6) называется режим,
при котором кратковремен-
ные периоды неизменной
номинальной нагрузки (ра-
бочие периоды) чередуют-
ся с периодами холостого
хода, во время которых
двигатель  не отключается,
причем как рабочие перио-
ды, так и периоды холосто-
го хода не настолько дли-
тельны, чтобы превышения
температуры частей машины могли достигнуть установив-
: шихся значений (рис. 9.19). Продолжительность одного
1 цикла не должна превышать 10 мин.
Относительная продолжительность нагрузки, %,
ПН =	100,
*р I X
(9.74)
где 41Х — время холостого хода.
Нормируемые значения ПН = 15, 25, 40 и 60 %.
7. Перемежающимся номинальным режимом работы с ча-
стыми реверсами (S7) называется режим, при котором пе-
риоды реверса чередуются с периодами неизменной номи-
357
пальной нагрузки, причем периоды последней не настолько
длительны, чтобы превышения температуры частей машины
могли достигнуть установившихся значений (рис. 9.20).
В этом режиме потери при реверсировании оказывают суще-
Рис. 9.20. Зависимости Р, &Р и 0
от времени для перемежающегося
режима с частыми реверсами (S7).
ственное влияние на пре-
вышение температуры ча-
стей машины, которая ра-
ботает без остановки, на-
ходясь постоянно под на-
пряжением. Данный режим
характеризуется числом ре-
версов в час (30, 60, 120 и
240) и коэффициентом инер-
ции (как для S5).
8. Перемежающимся но-
минальным режимом рабо-
ты с двумя или более угло-
выми скоростями (S8) на-
зывается режим, при ко-
тором периоды с одной на-
грузкой на одной угловой
скорости чередуются с пе-
риодами работы на другой
угловой скорости при со-
ответствующей этой угловой скорости нагрузке. Периоды
нагрузки на каждой из угловых скоростей не настолько
длительны, чтобы превыше-
ния температуры частей ма-
шины могли достигнуть уста-
новившихся значений (рис.
9.21). В этом режиме потери
при переходе с одной угло-
вой скорости на другую ока-
зывают существенное влия-
ние на превышения темпера-
туры частей машины.
Рис. 9.21. Зависимости Р, &Р, ти
<о от времени для перемежающего-
ся режима с двумя и более скоро-
стями (S8).
Данный режим с двумя или более угловыми скоростям]
характеризуется числом циклов в час, коэффициенто!
инерции и относительной продолжительностью нагрузки, %
358
на отдельных ступенях, определяемой по формулам:
ПН1 =	. ?t/P1 , . l./ • ЮО; (9-75)
^п + £р1 + ^т1 + <р2 + <т2~НрЗ
ПНз = ^п + ^р1 + /т1+у + ^2+^р8’ ’ 1 °0’	(9’76)
ПНз = С + Сг + М + ^ + ^ + ^рз’ ‘ 1 °0’	(9'77)
где tpl, tpa, tp3 — время работы на каждой угловой скорости;
/т1, р2 — время электрического торможения; — время
пуска.
Нормированные значения числа циклов в час: 30, 60,
120, 240; ;соэффициента инерции: 1,2; 1,6; 2; 2,5; 4.
9.4. Нагрузочные диаграммы
электроприводов
Нагрузочная диаграмма электропривода ха-
рактеризует зависимость вращающего момента, тока или
мощности, развиваемой двигателем, от времени. Нагрузоч-
ные диаграммы используются для оценки перегрузочной
способности электропривода и сопоставления ее с допусти-
мой кратковременной нагрузкой для данного типа электро-
двигателя, а также для проверки мощности предварительно
выбранного двигателя по нагреву.
Нагрузочная диаграмма электропривода учитывает ста-
тические и динамические нагрузки, преодолеваемые элект-
роприводом в течение цикла работы механизма.
Статические нагрузки определяются на основании тех-
нологических данных, характеризующих работу того или
иного класса производственных механизмов, а динамиче-
ские нагрузки оцениваются инерционными моментами, ко-
торые развиваются электроприводом для обеспечения соот-
ветствующих угловых ускорений, обусловливающих за-
данную производительность механизмов.
Рассмотрим примеры построения нагрузочных диаграмм
электропривода некоторых типовых механизмов.
ej Нагрузочная диаграмма электропривода
шахтного подъемника С уравновешенным
канатом
Кинематическая схема шахтного подъемника
с уравновешенным канатом и шкивом трения представлена
на рис. 9.22, где 1 и 2 — клети, в которых поднимается
359
или спускается полезный груз G; Шт — шкив трения, не-
посредственно соединенный с приводным двигателем М,
и Ш,л — направляющие шкивы. Канат, закрепленный сво-
ими концами с клетями и охватывающий шкивы, приво-
дится в движение двигателем.
В соответствии с технологическими данными механиче-
ского оборудования и требуемой производительностью
шахты задается примерная диаграмма скорости (тахограмма)
Рис. 9.22. Кинематическая схема
шахтного ^подъемника с уравнове-
шенным канатом и шкивом трения.
одного цикла работы подъ-
емника v = f (0 (рис.
9.23, а), предусматриваю-
щая: время углового уско-
рения 4, длительность
установившегося режима
/3, углового замедления t3
и время паузы между со-
седними подъемами lt. По-
следующие циклы работы
подъемника повторяются.
Графику скорости соответ-
ствует график углового ус-
корения и замедления (рис.
9.23, б), значения которых
постоянны по абсолютно-
му значению и имеют
разные знаки соответст-
венно на участках и t3. На участках пуска и торможения
динамические составляющие момента равны Мдин =
и показаны на рис. 9.23, в. Далее определяется статический
момент нагрузки, приведенный к валу двигателя: /Ис —
— ДА?/гр где Fc — расчетное усилие на окружности шкива
трения; R — радиус шкива трения; q— КПД передачи.
Силы тяжести клетей и каната в расчет статического мо-
мента не входят, так как они уравновешены. Но масса
всех поступательно движущихся и вращающихся элементов
системы учитывается в связи с определением суммарного мо-
мента инерции привода. Сюда же входит и момент инерции
приводного двигателя, мощность и угловая скорость кото-
рого должны быть предварительно выбраны.
Ориентировочно мощность двигателя рассчитывается по
формуле
Р — kFcvy • 10'3/т],
(9.78)
360
где k — коэффициент запаса (k = 1,2 ч- 1,3), учитываю-
щий влияние динамических моментов; цу — установившаяся
угловая скорость подъем-
ника, по значению которой
в соответствии с равенст-
вом цу = a>R устанавли-
вается номинальная угло-
вая скорость двигателя.
Очевидно, что в рас-
сматриваемом случае мо-
мент Л4С остается постоян-
ным. Зависимость М =
= /(/), представляющая
собой нагрузочную диаг-
рамму электропривода, мо-
жет быть получена в ре-
зультате суммирования
статического и динамиче-
ского моментов, т. е.
М (0=Я + /ИДИ11 (0. Гра-
фик М = f (/) показан на
рис. 9.23, д. В зависимо-
сти от соотношения стати-
Рис. 9.23. К построению нагрузоч-
ной диаграммы электропривода
шахтного подъемника.
ческого и динамического
моментов на участке замед-
ления привода может воз-
никать либо положитель-
ный, либо отрицательный
момент. Данная нагрузоч-
а — диаграмма скорости электропри-
вода (тахограмма); б — график уско-
рения привода; в — график динамиче-
ского момента; г — нагрузочная диаг-
рамма подъемника (механизма); д —
нагрузочная диаграмма электропри-
вода.
ная диаграмма иллюстрирует повторнократковременный
режим с частыми пусками (типа S4), при наличии от-
рицательных моментов на участке замедления нагрузочная
диаграмма будет близка к диаграмме режима S5.
б) Нагрузочная диаграмма главного привода
продольно-строгального станка
Главный привод продольно-строгального стан-
ка обычно выполняется с помощью двигателя постоянного
тока независимого возбуждения, управляемого преобразо-
вателем, и предназначается для сообщения столу с обраба-
тываемым изделием возвратно-поступательного перемеще-
ния.
Предварительный расчет мощности двигателя произво-
дят на основании технологических данных с учетом тре-
361
буемого диапазона и способа регулирования скорости, а
также с введением коэффициента запаса на динамические
режимы.
Цикл работы станка состоит из прямого хода, во время
которого ведется обработка изделия, и обратного холо-
стого хода. Скорость прямого хода обусловлена режимом
резания, а обратный ход совершается со скоростью в 2—
3 раза больше скорости прямого хода. Режим работы при-
вода сопровождается частыми реверсами с предельно допу-
стимыми по условиям коммутации на коллекторе токами,
Рис. 9.24. Примерные диаграмма
скорости и нагрузочная диаграмма
главного электропривода продоль-
но-строгального станка.
отвечающими наибольшему
быстродействию привода.
Примерная, заданная
технологическим режимом,
тахограмма привода (диаг-
рамма скорости электро-
привода) ® (/) (рис. 9.24)
состоит из следующих уча-
стков. На начальном ин-
тервале прямого хода дви-
гатель разгоняется до не-
большой угловой скорости
®вх, при которой режущий
инструмент врезается в об-
рабатываемое изделие, а
затем происходит разгон
привода при полной нагрузке до установившейся угло-
вой скорости прямого хода ®пр. Перед окончанием пря-
мого хода совершаются замедление под нагрузкой и выход
резца из изделия при ®вых (=& ®вх, после чего происходит
реверсирование привода с малой угловой скорости прямого
хода до угловой скорости обратного хода —®обр. Обратный
ход стола осуществляется вхолостую, перед его окончанием
привод замедляется до небольшой угловой скорости —®вх,
затем реверсируется от—®вх до юах. В последующем цикл
повторяется.
В переходных режимах двигатель кратковременно на-
гружается максимально допустимым током/п = /т = /рев^
2 -т- 2,5 /ном. В соответствии с рассмотренным режимом
на рис. 9.24 построена ориентировочная нагрузочная диа-
грамма привода i = f (t) для одного цикла, на основании
которой в последующем производится, проверка по нагреву
предварительно выбранного двигателя.
В данном случае нет необходимости в проверке на допу-
362
стимую кратковременную перегрузку, ибо она была пред-
варительно регламентирована предельным током (по усло-
виям коммутации), который может поддерживаться в пере-
ходных режимах соответствующей системой автоматиче-
ского управления.
Рассмотренный режим работы электропривода можно от-
нести либо к перемежающемуся режиму работы с частыми
реверсами типа S7, либо режиму работы с двумя или более
угловыми скоростями типа S8, так как в данном случае
нагрузочная диаграмма содержит признаки обоих режимов,
но все же она ближе к S8.
в) Нагрузочная диаграмма маховикового
электропривода механизмов с резкопеременной
нагрузкой
некоторые прокатные станы,
Рис. 9.25. Двухступенчатый гра-
фик Мс — f (/), диаграмма скоро-
сти со = / (?) электропривода и его
нагрузочная диаграмма при цик-
лическом ударном изменений ста*
тического момента,
приложении нагрузки, должна
Существует значительное число механизмов,
рабочий режим которых характеризуется резкопеременной
нагрузкой. К ним относят<
прессы, поршневые насосы
и компрессоры и т. п.
Простейший двухсту-
пенчатый график (нагру-
зочная диаграмма механиз-
ма) Мс = f (/) при цикли-
ческом ударном изменении
статического момента при-
веден на рис. 9.25. На-
грузочная диаграмма элек-
тропривода будет отлича-
ться от нагрузочной диаг-
раммы механизма в этом
случае вследствие влия-
ния инерционных масс
привода. Чтобы увеличил-
ся момент двигателя при
уменьшиться его угловая скорость, но ее мгновенному из-
менению препятствуют инерционные массы, поэтому момент
двигателя будет отставать от момента нагрузки. Для оценки
влияния параметров электропривода на степень отклоне-
ния зависимости М (?) от Л1С (?) рассмотрим работу элект-
ропривода с линейной механической характеристикой, при
этом не будем учитывать влияние электромагнитных пере-
ходных процессов. Для установившегося цикла работы
363
можно записать (обозначения даны на рис. 9.25):
' М„ач2 = И(0Н1 = (Миач1-/Мс1)е-5/гм + Мс1; (9.79)
Мнач1 = Мкон2 = (Мвач2 - Мс2) е~Чт* + Мс2.	(9.80)
Совместное решение (9.79) и (9.80) дает:
Мнач1 = Мс2-	е-Чт«- (9.81)
1 —е v-'m
Мнач2 = Мс1- (Mci~Mc2)0-e	(9.82)
1 —е
Анализ (9.81) и (9.82) показывает, что Л4нач1 = Mmin и
Мняч2 = М-max зависят от электромеханической постоянной
времени привода Т№, с ростом которой растет Mmin и умень-
шается Мтах. На рис. 9.25 штриховой линией показана
кривая зависимости момента двигателя от времени при уве-
личенном Тм. С возрастанием 7\, осуществляется выравни-
вание нагрузки двигателя, достигаемое увеличением мо-
мента инерции привода, реализуемым, в частности, за счет
использования маховика. В этом случае привод принято
называть маховиковым.
Возрастающая скачком нагрузка частично преодоле-
вается за счет освобождающейся из-за снижения угловой
скорости кинетической энергии (на рис. 9.25 — заштрихо-
ванная область со знаком минус), которая была запасена
в инерционных массах привода (в частности, в маховике)
в период работы с малой нагрузкой, когда угловая скорость
возрастает (на рис. 9.25 — заштрихованная область со зна-
ком плюс). При перепаде угловой скорости от Wj до ®2
энергия инерционных масс, отдаваемая (запасаемая) на
вал привода, составит:
А = J2 (®i — <щ)/2.	(9.83)
Из (9.83) и выражения для электромеханической по-
стоянной времени Т,. — JS®O/MK;3 следует, что одинако-
вую отдачу энергии от инерционных масс привода (одина-
ковое выравнивание нагрузки двигателя) можно получить
либо увеличением момента инерции привода J%, либо соот-
ветствующим увеличением перепада угловой скорости, до-
стигаемым смягчением механической характеристики дви-
гателя (уменьшением Л4К,3). На практике используются
оба способа вместе или отдельно для увеличения отдачи
энергии инерционными массами привода.
364
Выравнивание нагрузки двигателя позволяет уменьшить
переменные потери в нем, благодаря чему двигатель может
быть выбран с меньшей номинальной мощностью и мень-
шим перегрузочным моментом.
Вопрос выбора оптимальных значений момента инерции
маховика и мощности двигателя при рассматриваемой на-
грузочной диаграмме механизма или еще более сложной
Рис, 9.26. Нагрузочная диаграмма маховикового электропривода при
многоучастковом графике нагрузки.
диаграммы вида, показанного на рис. 9.26, является доста-
точно трудным и неоднозначным. Правильно выбранный
момент инерции и мощность двигателя должны обеспечи-
вать хорошее использование двигателя по мощности (по его
нагреву) и по перегрузке при умеренных размерах махо-
вика. В ряде случаев требуется выполнение еще третьего
условия о допустимой неравномерности хода
®лнл)/®ср />	(9.84)
где /— допустимая неравномерность хода; юср— средняя
угловая скорость.
Как показывает опыт проектирования подобных элект-
роприводов, первые два условия обычно удовлетворяются,
если двигатель выбран с номинальным моментом, близким
к среднему, а именно:
Л4вом^(1,1ч-1,3)Л4ср,	(9.85)
где Л1ср — средний момент нагрузки, определяемый по на-
грузочной диаграмме механизма; например, для диаграммы,
приведенной на рис. 9.26,
Mci^l+Mc2^2 + Mc8f8-|-A4co 2
Яр =-------------------------:	(9.86)
365
Расчет требуемого момента инерции маховика при вы-
бранном согласно (9.85) двигателе основывается на выпол-
нении условия о допустимой перегрузке двигателя и заклю-
чается в следующем. На нагрузочной диаграмме механизма
(рис. 9.26) выбираем предположительно наиболее тяжелый
участок работы (Л1с3 = Мстах), на котором момент двига-
теля может достигнуть наибольшего значения (в случае
примерно одинакового времени участков — это участок
с наибольшим статическим моментом). Если считать, что
наибольший момент двигателя будет равен допустимому по
перегрузке Мдоп = /гд/ИН0М, то
kAMaoa = Мс тах (1 -e~VrM) + Mcoe-V\ (9.87)
где для упрощения начальный момент двигателя на рас-
сматриваемом участке принят равным статическому мо-
менту холостого хода Л4с0.
Из (9.87)
f _ гр |	^zmax ^сО   ^S(00SHOM ,	^стах ^сО
3 М	Л4С max кяМаоя -Whom	Аденом
(9.88)
где — коэффициент перегрузки двигателя; Ja — суммар-
ный приведенный момент инерции привода.
Решая (9.88) относительно Je и учитывая, что Ти —
=	=	получаем:
'WK,3	'Ином
'х =
АМз
ms In
W0SHOM 1П ЛЛ	__ L it
"kmax — »д/ином
(9.8S)
Момент инерции маховика
'мах— 's J Пр>	(9.90)
где Jnp — момент инерции электропривода.
Для выбранного двигателя и рассчитанного момента
инерции маховика следует построить нагрузочную диаграм-
му электропривода М — f (t), примерный вид ее показан
на рис. 9.26, и диаграмму скорости электропривода. Кри-
терием правильности выбора момента инерции маховика и
построения диаграмм является равенство угловых скоро-
стей и моментов двигателя в начале и в конце цикла, а также
равенство суммы площадей, пропорциональных кинетиче-
ской энергии, запасенной в массах привода при холостом
366
ходе (на рис. 9.26 отмечена знаком плюс), сумме площадей,
пропорциональных израсходованной энергии при нагрузке
(отмечена знаком минус).
Используя полученную нагрузочную диаграмму элект-
ропривода, проверяем выбранный двигатель по допустимой
нагрузке и по нагреву, применяя методы, изложенные
в последующих параграфах.
Выровнять нагрузку двигателя и ограничить его момент
можно, как уже отмечалось, не только увеличением момента
инерции, но и увеличением перепада угловой скорости.
При наличии маховика, увеличивая перепад угловой ско-
рости, можно или увеличить выравнивание нагрузки или
при том же выравнивании уменьшить маховик. Увеличение
перепада угловой скорости при приложении нагрузки до-
стигается введением резисторов в роторную цепь асинх-
ронного двигателя с фазным ротором или в якорную цепь
двигателя постоянного тока или применением двигателя
с короткозамкнутым ротором и с повышенным скольже-
нием. Однако увеличение скольжения ведет к снижению
средней угловой скорости привода за цикл, что влечет за
собой снижение производительности механизма и увеличе-
ние мощности потерь. Сохранение производительности на
заданном уровне потребует уменьшения передаточного от-
ношения от двигателя к рабочему валу механизма, что
в конечном счете приведет к увеличению номинального
момента двигателя. Применение асинхронных двигателей
с короткозамкнутым ротором и с повышенным скольжением
при увеличенном среднем моменте нагрузки требует зна-
чительного увеличения габаритов двигателя вследствие воз-
растания потерь скольжения. Включение дополнительных
резисторов в роторную цепь асинхронного двигателя с фаз-
ным ротором с целью увеличения скольжения вызывает
увеличение потерь в роторной цепи, но не сказывается на
габаритах двигателя, так как большая часть потерь энер-
гии выделяется в дополнительных резисторах. В силу этих
недостатков (большие потери и снижение производитель-
ности) перепад угловой скорости более чем на 20 % не до-
пускают. При этом использование инерционных масс элект-
ропривода с постоянно включенными резисторами оказы-
вается невысоким и не обеспечивает достаточное выравни-
вание нагрузки на двигателе.
Стремление устранить отмеченные недостатки махови-
кового привода привело к созданию электроприводов с ре-
гуляторами нагрузки. В последних автоматически изме-
367
няется скольжение в зависимости от нагрузки на валу
двигателя, благодаря чему достигается значительно более
полное выравнивание нагрузки. Простейшим регулятором
такого рода является жидкостный регулятор нагрузки.
Вследствие его недостаточной чувствительности, нестабиль-
ности сопротивления, громоздкости, а также сравнительно
низкого КПД и быстродействия этот регулятор находит
весьма ограниченное применение.
Другой подобный тип регулятора нагрузки с резисто-
рами и контактным управлением обеспечивает большее быст-
Рис. 9.27. Принципиальная схе-
ма регулятора нагрузки для
привода с асинхронным двига-
телем с фазным ротором, пост-
роенная на основе вентильно-
машинного электромеханиче-
ского каскада.
родействие, однако при ча-
стом включении контакторов
снижается его надежность.
Кроме того, этот регулятор
также имеет низкий КПД.
Для механизмов, работаю-
щих с резкопеременным ста-
тическим моментом, могут
быть использованы асинхрон-
ный вентильно-машинный или
асинхронный вентильный кас-
кады, которые выполняют
роль более совершенного ре-
гулятора нагрузки.
Принципиальная схема од-
ного из таких регуляторов
нагрузки для привода с асин-
хронным двигателем с фаз-
ным ротором показана на рис.
9.27. Здесь двигатель Ml
включен в вентильно-машин-
ный электромеханическийкас-
кад. По этой схеме осуществляется автоматическое регули-
рование угловой скорости электропривода с изменением
нагрузки на его валу. Вначале Ml совместно с маховиком J
и двигателем постоянного тока М2 пускается вхолостую
при подаче напряжения на статор Ml при включенном кон-
такторе Д'/ и выключенном К2. Затем устанавливается
близкий к 0 ток возбуждения М2, и производится отключе-
ние контактора Д'/ с последующим включением К2. Напря-
жение со вторичных обмоток трансформаторов тока ТТ
подается (после выпрямления) на усилитель У, управляю-
щий тиристорным преобразователем ТП, предназначен-
ным для питания обмотки возбуждения М2. Усилитель со*
368
держит также регулятор, обладающий настраиваемой зоной
нечувствительности (уставкой срабатывания).
, При холостом ходе привода напряжение, снимаемое
с ТТ, меньше напряжения уставки, тиристорный преобра-
зователь закрыт, и ток возбуждения М2 равен 0 — угло-
вая скорость привода наибольшая. Когда привод нагру-
жается, сигнал достигает напряжения уставки, открыва-
ется ТП, увеличивается ток возбуждения Л12, и снижается
до требуемого значения угловая скорость привода. Якорь
машины М2 в некоторой мере выполняет роль дополни-
тельного маховика. Система по сравнению с жидкостными
и контакторными регуляторами обладает большим КПД и
относительно высоким быстродействием.
При использовании в качестве регулятора нагрузки вен-
тильного каскада достигается большее быстродействие и не
требуется установка дополнительной машины постоянного
тока.
Приведенные на рис. 9.25 и 9.26 нагрузочные диаграммы
электропривода при резкопеременной нагрузке не соответ-
ствуют ни одному из стандартных режимов работы электро-
приводов. Эти графики близки к нагрузочной диаграмме
перемежающегося режима S3, но при значительном вырав-
нивании нагрузки они будут близкими к диаграмме продол-
жительного режима S1.
Большинство реальных нагрузочных диаграмм электро-
приводов не соответствует диаграммам стандартных режи-
мов. Поэтому для выбора двигателя необходимо реальную
нагрузочную диаграмму преобразовать к одной из трех ос-
новных стандартных нагрузочных диаграмм, соответствую-
щих режимам работы SI, S2, S3. Преобразование это должно
быть эквивалентным, т. е. реальный режим и расчетный
эквивалентный должны соответствовать одинаковому сред-
нему или максимальному превышению температуры двига-
теля. Методы таких эквивалентных преобразований нагру-
зочных диаграмм (режимов работы) рассматриваются в по-
следующих параграфах.
Режимы работы SI, S2, S3 являются основными потому,
что двигатели выпускаются только трех серий (по режиму
работы) — продолжительного режима работы, кратковре-
менного и повторно-кратковременного. В. зависимости от
того, из какой серии предполагается выбрать двигатель,
производится преобразование реальной нагрузочной диа-
граммы к соответствующей стандартной, для работы при
которой спроектирован и предназначен двигатель. Конечно,
369
двигатель нужно выбрать той серии, которая больше соот-
ветствует реальному режиму работы привода. Но иногда
в силу разных причин используется, например, двигатель
продолжительного режима работы при повторно-кратко-
временном режиме работы электропривода. В этом случае
нужно диаграмму повторно-кратковременного режима пре-
образовать к эквивалентной диаграмме продолжительного
режима работы.
9.5.	Расчет мощности двигателя при
продолжительном режиме работы | S11
а)	Неизменная нагрузка
Существует значительное число механизмов,
работающих продолжительно с неизменной или мало ме-
няющейся нагрузкой без регулирования скорости. При-
мером таких механизмов могут служить насос, вентилятор
и т. п. Расчет мощности двигателя для подобных случаев
весьма прост, если известна мощность, потребляемая меха-
низмом.
Выбрав двигатель на указанную мощность, можно быть
уверенным, что он окажется полностью использованным по
допустимому превышению температуры. Если в каталоге
нет двигателя по мощности, полученной по расчету^ выби-
рается ближайший больший по мощности.
Так как в продолжительном режиме двигатель пускается
редко, то пусковые потери не могут заметно сказаться на
нагреве двигателя. Иногда, однако, приходится прове-
рять достаточность пускового момента, развиваемого дви-
гателем, учитывая, что некоторые механизмы имеют повы-
шенное сопротивление трения й начале трогания с места.
Мощность, кВт, двигателя для насоса определяем по
формуле
рдД...10-з,	(9.91)
'Ппас'Ппер
где V — подача насоса, м3/с; у — плотность перекачиваемой
жидкости, кг/м3', Н — расчетная высота подъема, м; т]наг —
КПД насоса (для поршневых 0,8—0,9; центробежных высо-
кого давления 0,5—0,8; низкого давления 0,3—0,6); г)пер —
КПД передачи от двигателя к насосу; g — ускорение силы
тяжести, g = 9,8 м/с3.
370
Мощность, кВт, двигателя для вентилятора
Р =—---------10Л
ЩентЛпер
(9.92)
здесь р— давление на выходе вентилятора, Па; Пвент —
КПД вентилятора (от 0,3 до 0,8 — меньшие значения отно-
сятся к вентиляторам малой и средней мощности).
б)	Переменная нагрузка (режим
перемежающийся S6 и подобные ему)
При продолжительной переменной нагрузке,
ступенчатый график которой в общем виде показан на
рис. 9.28, проверку предварительно выбранного двигателя
продолжительного режима работы следует производить по
нагреву путем определе-
ния наибольшего превы-
шения температуры imax
за цикл и сравнить его
с допустимым превыше-
нием тдоп. При этом дол-
жно быть соблюдено ус-
ловие
Рис, 9.28. Ступенчатый график мощ-
ности на валу двигателя и потерь в
нем при продолжительной переменной
нагрузке.
^тах "^доп*
Проверка мощности
двигателя, таким обра-
зом, связана с построе-
нием кривой нагрева,
что требует большой за-
траты времени. На практике пользуются хотя и менее точ-
ными, но более простыми методами проверки мощности
двигателя. Часто она производится по м е т о д у сред-
них потерь. Сущность метода заключается в том, что
превышение температуры двигателя при неизменной теп-
лоотдаче определяется средними потерями за цикл:
т
дРсР = 2 арл//ц,	(9-93)
i =1
где ДР/ — мощность потерь на i-м интервале; tt — продол-
жительность i-го интервала; т — число интервалов в цикле;
ta — время цикла.
Найденные средние потери за цикл сопоставляются
с номинальными, и если ДРср АРПОМ, то среднее превы-
371
шение температуры не больше допустимого значения, т. е.
^ср Т'НОМ = Т'ДОП1
Если средние потери за цикл АРср > ДРНОМ, то Двига-
тель будет перегреваться; наоборот, при условии, что
ДРср < ЛЛюм. двигатель недоиспользуется по нагреву.
В обоих случаях необходимо выбрать другой двигатель,
построить новую зависимость ДР = f (/) и вновь проверить
двигатель методом средних потерь.
Действительное максимальное превышение температуры
отличается от среднего, но при tn О Т,, и qtA > 4ТЯ, где q —
число циклов, это расхождение незначительно, и только при
соблюдении этих условий можно пользоваться методом сред-
них потерь.
В том случае, когда на протяжении цикла теплоотдача
двигателя на отдельных интервалах различна, например
в случае изменения угловой скорости самовентилируемого
двигателя, средние эквивалентные потери подсчитывают по
формуле
m	m
(9.93а)
где Р; — коэффициент ухудшения теплоотдачи на t-м ин-
тервале, соответствующий значению угловой скорости на
этом интервале.
Приближенно зависимость коэффициента ухудшения теп-
лоотдачи от угловой скорости можно считать линейной:
Р = Ро + (1 — Ро) ®/соном>
где р0 — коэффициент ухудшения теплоотдачи при непод-
вижном якоре (роторе).
Порядок расчета мощности по методу средних потерь
1) По нагрузочной диаграмме механизма определяем
среднюю мощность на валу двигателя в случае постоянства
теплоотдачи и угловой скорости двигателя
т
(9-94)
1
в случае самовентилируемого двигателя при разных угло'
вых скоростях на интервалах
tn
Г) ®НОМ I
1 СО/ li
Р.е„=^-------------
1=1
372
Если двигатель с независимой вентиляцией, то в (9.94а)
принимаем Р/ = 1. Затем Pcpi9 умножаем на коэффициент
запаса ka = 1,1	1,3, учитывающий отличие нагрузочной
диаграммы двигателя от диаграммы механизма; при нали-
чии заметных динамических нагрузок, связанных с изме-
нением угловой скорости, следует принимать большие зна-
чения k3.
2.	На основании полученной расчетной мощности по ка-
талогу выбираем соответствующий двигатель.
3.	Располагая кривыми КПД двигателя в функции на-
грузки при разных угловых скоростях, находим потери
мощности для каждого интервала нагрузочной диаграммы
и строим график ДР = f (0 (рис. 9.28).
4.	По (9.93) или (9.93а) определяем средние потери за
цикл, которые и сопоставляем с номинальными:
АРср ^== Д^ИОМ ~~ PflOM ( 1 Лиом)/Р1
где Рном, т)ном — соответственно номинальная мощность и
КПД двигателя.
В случае возникнове-
ния затруднений с опре-
делением КПД в зависимо-
сти от нагрузки, но при
наличии графика тока, по-
требляемого двигателем,
можно воспользоваться для
проверки выбранного дви-
гателя методом эквивалент-
ного тока. Эквивалентный
Рис. 9.29. График тока двигателя
i = f (f) при продолжительной пе-
ременной нагрузке.
ток — это ток постоянного
значения, который вызы-
вает в двигателе те же по-
тери, что и фактически про-
текающий в нем ток. На рис. 9.29 показан пример графи-
ка i = f (0 при продолжительной переменной нагрузке.
Если используется двигатель постоянного тока, то выде-
ляющаяся в нем средняя мощность потерь при загрузке его
эквивалентным током Л, равна:
ДРср-ДРс + О,	(9.95)
где ДРС К — мощность постоянных потерь; IIR — пере-
менные потери, зависящие от нагрузки.
373
Средняя мощность потерь за цикл в соответствии с (9.9;
может быть рассчитана следующим образом:

= (ара+ар2^+--+ар^)
^1+^ + ”- + ^Я
Заменяя потери мощности на каждом участке через соо
ветствующие постоянную и переменную составляющие, w
лучаем:
iz । г2п  (К~Ь/1Р)	(А-'~^аР)	- Н~	Ч~(K-j-InR) tn
h+ti+...+	+tn
или
Д' I ran _ A' (G. + ?2 + • • • + 6») I A (/1^1 +P^2+ +^6г)
Э G+^+-+^	*1 + ^ + -+^
Отсюда эквивалентный ток
.------------------, / У liti
э "	a+/2+---+^ r	( }
В общем случае при произвольной форме графика тока
Г *а
/э=У	(9’97)
При использовании самовентилируемого двигателя и из-
меняющейся угловой скорости на участках цикла в (9.96)
п
и (9.97) вместо /д следует подставлять У, Р^,-.
/=1
После нахождения эквивалентного тока сопоставляем
его с номинальным током двигателя: при /э /вом двига-
тель отвечает условиям полного использования по нагреву.
Следует, отметить, что метод эквивалентного тока пред-
полагает независимость (постоянство) потерь на возбужде-
ние, потерь в стали и механических потерь от нагрузки и
постоянство сопротивления главной цепи двигателя на всех
участках графика нагрузки.
’ Часто для проверки двигателя по нагреву и особенно при
предварительном его выборе приходится пользоваться гра-
фиками, момента или мощности, развиваемых двигателем.
При неизменном магнитном потоке, когда момент двига-
теля М = cl, можно для проверки двигателя воспользо-
ваться методом эквивалентного момента. Для ступенчатого
374
графика эквивалентный момент определяем по формуле
+ + +
(9.98)
При изменяющейся теплоотдаче вместо ta в (9.98) под-
/I
ставляем J1, p;t;. Эквивалентный момент сопоставляем с но-
i=l
минальным моментом двигателя, и если УИ9 Л1НОН, то дви-
гатель полностью используется по нагреву.
Этот метод применим для двигателей постоянного тока
с независимым возбуждением, а также асинхронных и син-
хронных двигателей, работающих с номинальным магнит-
ным потоком. Кроме того, для применения и этого метода
должно выполняться условие неизменности постоянных
потерь и активных сопротивлений двигателя.
Когда нагрузочная диаграмма электропривода и меха-
низма задана графиком мощности, развиваемой двигателем,
выбор.и проверка его по нагреву могут быть произведены
методом эквивалентной мощности, но лишь в том случае,
если между мощностью и током существует прямая пропор-
циональность, т. е. при АРС — const, R = const, Ф —
— const, 0) = const = (0НОН.
Эквивалентную мощность для ступенчатого графика оп-
ределяем по формуле
г/" У
рэ=У	= |/ -Ц— (9.99)
и сравниваем с номинальной мощностью двигателя, при
этом должно быть Рэ < Рном.
Метод эквивалентной мощности может быть применен
для проверки по нагреву асинхронных и синхронных дви-
гателей, а также двигателей постоянного тока независи-
мого возбуждения, работающих с номинальным потоком и
постоянной или мало меняющейся угловой скоростью.
Методом эквивалентной мощности можно воспользо-
ваться и в случае переменной угловой скорости, если при-
вести мощность при угловой скорости со,- к эквивалентной
мощности при со — о)нон, используя соотношение Рэ,- =
—	Тогда формула эквивалентной мощности для
375
11В
случая переменных угловой скорости и теплоотдачи примет Я
вид:
/2 iWH0n/wi)2 tl
^—п-------------------(9.99а)
i=i
Следует отметить, что все рассмотренные методы про-
верки двигателя по нагреву при переменной нагрузке
представляют собой методы эквивалентного преобразования
нагрузочной диаграммы к стандартной диаграмме для ре-
жима S1, на который рассчитан двигатель продолжитель- |
ного режима. Этими методами (при выполнении соответ-	|
ствующих ограничений) могут быть проверены двигатели	|
продолжительного режима, работающие в режимах S7, I
S8 и подобных им и в режимах S3, S4, S5. Наиболее универ- j
сальным и точным из всех рассмотренных методов является
метод средних или эквивалентных потерь.
Если методы средних потерь и эквивалентного тока при-
годны только для проверки по нагреву предварительно вы-
бранного двигателя, то методами эквивалентного момента |
и мощности можно воспользоваться для предварительного I
выбора двигателя по нагрузочной диаграмме механизма I
(или по упрощенной нагрузочной диаграмме двигателя,
построенной без учета момента инерции двигателя), считая,
что момент (мощность) двигателя равен соответствующим
статическим значениям. Такой выбор является более точ-
ным, чем выбор по средней мощности. Предварительный
выбор производят по формулам
/	JS Miiti	|
М >k 1	/	,=1	1
‘•^НОМ^^З g /	--------- »	Й
i—1	м
/ S	(P«coi-.om/W;)2 tt	S
/’ном k3 1 /	------------------- .	I
Г	I
i=l	1
376
9.6. Расчет мощности двигателя при
кратковременном режиме работы (S2)
График работы двигателя в кратковременном
режиме приведен на рис. 9.30. Исходя из определения
этого режима, можно ограничиться рассмотрением лишь
Рис. 9.30. График работы дви-
гателя в кратковременном ре-
жиме работы.
Рис. 9.31. Зависимость коэффи-
циентов тепловой pt и механиче-
ской рм перегрузок от относи-
тельного времени работы.
одного периода работы двигателя для установления его пре-
вышения температуры, определяемого уравнением
т = ту(1 — е
Если выбрать двигатель, рассчитанный для продолжи-
тельного режима мощностью Ркр, то, очевидно, при крат-
ковременном режиме превышение температуры не достиг-
нет установившегося значения ту к концу рабочего пери-
ода /р, как это видно из рис. 9.30 (кривая /). Поэтому в этом
случае двигатель недоиспользуется по нагреву.
При заданной нагрузке и времени рабочего периода /р
в тепловом отношении полностью будет использован дви-
гатель меньшей мощности; в этом случае превышение тем-
пературы ко времени t? будет равно тдоп (кривая 2
на рис. 9.30). При этом двигатель кратковременно будет
перегружаться, а установившаяся температура для него
окажется равной ту > ту = тдоа. Перегрузка может быть
значительной при малых 10.
377
Соотношение между Ту и ту может быть найдено из
выражения
Ty = <(l-e-fp/?H.cp),	(9.100)
где ТНгСр — среднее значение постоянной времени нагрева
в начале и в конце процесса нагрева, Тн,ср = (ТЯ)Вач +
+ ^н,кон)/2; Ту = ДРН0М/Д и Ту = ДРкрЛ4; ДРкрпо-
тери мощности в двигателе при нагрузке Ркр.
Отношение потерь при кратковременной нагрузке к но-
минальным называется коэффициентом термической пере-
грузки и может быть получено из (9.100):
Л = ДРкр/ДРном = 1/(1 - ср), (9.101)
Зависимость рт = f(/p/TH>cp) показана на рис. 9.31.
По коэффициенту термической перегрузки можно найти
коэффициент механической перегрузки, равный отношению
мощности Ркр к номинальной мощности Раоя при продол-
жительной нагрузке, т. е. р№ — Ркр/Раоя-
Действительно,
пом (^кр^иом)2	а + Рм	/П«ПЛ\
А =------др-----, др"'-------= ЧТГ} (911°2)
к-номты г», ном	1
отсюда
(9-103)
где а = Д/>к,ном^А^.ном — отношение постоянных потерь
к переменным при номинальной нагрузке.
Подставляя в (9.103) значение pt из (9.101), получаем:
Ра~ ^(1 -j-a)/(l — e~fp/7,4>cp) —й.	(9.104)
По (9.104) и заданному коэффициенту а может быть по-
строена зависимость коэффициента механической пере-
грузки ря от относительного времени работы tpITs^p
(рис. 9.31, кривая рк).
Пренебрегая постоянными потерями (а — 0), выражение
(9.103) можно записать:
ря = У рг = 1Л/(1 — e“V7'H'cp).	(9.105)
Если нагрузка в рабочий период меняется, то в расчет-
ные формулы вводится вместо Ркр эквивалентная мощность
за время /р.
378
Расчет мощности двигателей при кратковременной на-
грузке и применении двигателей, предназначенных для
продолжительного режима, производится из соображений
допустимых нагрева и перегрузки, при этом номинальные
мощности равны:
Рном.экв =-^кр/^т»	(9.10t)
Р номтах = Ркр/^д’’	(9.107)
здесь /Зд—допустимая перегрузочная способность двига-
теля. Значения k* приведены ниже:
Тип двигателя	Лд
Двигатели постоянного тока...........................2	— 2.5
Асинхронные двигатели с короткозамкнутым
ротором нормального исполнения.....................1,7	—2,2
То же с фазным ротором , , , , ....................2,0	— 2,5
Синхронные двигатели.........................2,0 —2,5
При задании графика нагрузки в виде i ~ f (/) идо
М = гр (0 в расчетные формулы вместо мощности Р1!р вво-
дится соответствующее значение тока или момента.
Из анализа кривых на рис. 9.31 видно, что уже при
0,35 и допустимой перегрузке по нагреву коэф-
фициент механической перегрузки становится равным 2,5,
что для двигателей постоянного тока оказывается предель-
ным. Асинхронные двигатели допускают меньшую пере-
грузку; кроме того, если учесть еще возможное понижение
напряжения питающей сети, то она будет еще меньше, поэ-
тому двигатели, предназначенные для продолжительного
режима и используемые в кратковременном режиме работы,
редко рассчитываются из условий допустимого нагрева,
так как в большинстве случаев они недоиспользуются в теп-
ловом отношении. Лучшее использование двигателей по
нагреву при небольших значениях	может быть
в случае применения двигателей специального исполнения,
отличающихся повышенной перегрузочной способностью;
асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором долж-
ны также иметь большой пусковой момент.
Двигатели, предназначенные для кратковременного ре-
жима работы, выпускаются заводами с нормированной дли-
тельностью работы в 10, 30, 60 и 90 мин. Следовательно, вы-
бранный по каталогу двигатель для этого режима может
быть загружен номинальной мощностью в течение указан-
ного времени, и ои будет полностью использован по на-
греву.
379
Если же время работы двигателя отличается от ката-
ложного, то можно найти нагрузку Ркр, при которой двига-
тель будет полностью использован по нагреву из следую-
щих соображений.
Превышение температуры двигателя с номинальной на-
грузкой и нормированным временем /Р1Кат равно:
Hon = -^p(l-e-zp-- z4	(9.108)
где Тн — постоянная времени нагрева при кратковремен-
ном режиме работы.
В течение фактического времени tp с нагрузкой, отлич-
ной от номинальной, превышение температуры будет:
тдоп = ^(1-е-'₽/7«);	(9.109)
здесь ДРкр — потери при кратковременной нагрузке, от-
личной от номинальной.
По аналогии с предыдущим коэффициент термической
перегрузки
АРкр	а + (РКр/Р11ОМ)2
Рт	' —t/T	’
ДРном	р н	1+а
откуда
Г	]__р~ ф.кат^и
Ркр = /’ном1/ (1-W) -	.7F---а. (9.ПО)
У	1— е р' н
Если /р < /р,кат> двигатель должен быть также проверен
на допустимую перегрузку.
9.7. Расчет мощности двигателя при
повторно-кратковременном режиме
работы (S3)
Многоступенчатый график нагрузки, харак-
теризующий повторно-кратковременный режим работы, по-
казан на рис. 9.32. Такой или более сложный график (в част-
ности, графики для режимов S4, S5) можно привести к эк-
вивалентному одноступенчатому (т. е. к стандартному виду
для режима S3), если воспользоваться формулой
1 /	+ ^фа + Рзфз + •   + Pntpn
э V Ф1 + фа + фз+  фп .
380
В общем случае график нагрузки может включать
участки работы с расчетными угловыми скоростями, паузы,
участки пуска и торможения. Такой график также можно
привести к одноступенчатому с помощью формулы
^.Э = У W пв3 =
*Р, Э i” *0, э
• 100%,
где т — число рабочих участков в цикле; п — число пауз
в цикле. Подобным же образом с использованием формул
эквивалентных величин
преобразуются к односту-
пенчатому графики тока и
момента.
Как отмечалось, для ре-
жима S3 (с одноступенча-
Рис. 9.32. Многоступенчатый
график нагрузки, характеризую-
щий повтор но-кратковременный
режим работы,
тым графиком) характерно чередование рабочих периодов
и пауз, причем длительности их таковы, что превышение
температуры двигателя не достигает установившегося зна-
чения как в рабочий период, так и в течение паузы
(рис. 9.33). Для достаточно удаленного от начала работы
привода цикла колебания превышения температуры уста-
навливаются равными ту == тдоп и т0. При равных постоян-
ных времени нагрева и охлаждения, что может иметь место
в случае независимой вентиляции двигателя, можно запи-
сать:
ту = Ту(1 — е“'/р/7н)_[_Тое_гР/7'и;	(9.111)
T0 = Tye~V\	(9.П2)
Подставляя значение т0 из (9.112) в (9.111), получаем:
ту = Ту(1 ~е"/р/7’н)-1-Ъе-</р-'^7'н.
381
Отсюда после несложных преобразований получим
коэффициент тепловой перегрузки двигателя при работе его
в продолжительном режиме с той же нагрузкой, что и в по-
вторно-кратковременном с ПВ = е:
Ту 1—е (/р-’ЛРТн
Рт = " = ------------ТУт----
ту	1—е *р/гн
1—е fpJT»e
1—е /р/гн
(9.113)
где е — относительная продолжительность включения, 8 =
=	4- 4)-
ном графике повторно-кратковременного режима работы.
Расчет мощности двигателей, предназначенных для про-
должительного режима работы, но используемых для по-
вторно-кратковременной нагрузки с одноступенчатым гра-
фиком, производится на основании следующих соображе-
ний. Полное количество теплоты, которое будет отдаваться
таким двигателем при номинальном превышении темпера-
туры за цикл, равно:
ДРноМ^р + ДРном₽(А = (ЛРк „ом + ДРг, ном) (tp + РоМ- (9.114)
В период паузы, когда двигатель отключен, в нем потери
отсутствуют, поэтому в рабочий период нагрузка его может
быть увеличена по отношению к номинальной в продолжи-
тельном режиме. Постоянные потери в рабочие периоды не
изменятся, а переменные потери возрастут до значения
ДРг1 ДР® ном (^пк/Iпр, ном) »
где /пр,ном — ток при продолжительном номинальном ре-
жиме работы; /пк — ток при повторно-кратковременном
режиме.
382
Средние потери, выделяющиеся в двигателе за цикл,
равны:
ДРср = ГДРК, йом + ДР. иои (VI t (9.115)
L	V пр,ном/ J
В квазиустановившемся процессе при повторно-кратко-
временном режиме, когда превышение температуры до-
стигнет тдоп, количество теплоты, выделяемое в двигателе,
и количество теплоты, рассеиваемое в окружающую среду,
равны, т. е. нужно приравнять (9.114) и (9.115):
(Л/’к, ном+ Д^ ином) (/р+РоМ-ЕД/5к, ном+
ДР, ном (^пк/^пр» ном) J ^р»
или
(9.116)
откуда
(ДРК, ном + ДР, ном) [1 + (1/8 - 1)] -
~ Д/\, ном 4“ А/\>ном ( Д:к/^пр, ном) »
^п?, иои — /пк у е + р0(1 + а) (1-е) ’	(9.117)
Полученный по (9.117) ток для продолжительного
режима сопоставляется с номинальным током выбранного
двигателя, и при условии, что /пр,нон /яом, двигатель про-
ходит по нагреву.
Если пренебречь постоянными потерями и считать, что
теплоотдача в неподвижном состоянии двигателя такая же,
как и для номинальной угловой скорости (0 = 1), то
/11р,Ном = 7пККе.	(9.И8)
Аналогичные формулы для расчета мощности двигателя
получаются при задании графика нагрузки в виде М =
~ [ (t) или Р — f (/).
В случае сложного многоучасткового графика нагрузки
для проверки двигателя, предназначенного для длитель-
ного режима работы, по нагреву и для его предварительного
выбора обычно производят непосредственное преобразо-
вание заданного графика повторно-кратковременного ре-
жима к стандартному графику продолжительного режима,
используя методы и формулы средних потерь и эквивалент-
ных величин, как и в случае продолжительного режима
с переменной нагрузкой, нос учетом времени пауз в знаме-
нателях этих формул. При необходимости, когда режимы
близки к режимам S4, S5 — при большом числе включе-
ний, торможений или при больших инерционных массах
механизма, учитывают также и потери в переходных про-
383
цессах. Например, формула (9.93а) средних потерь при-
мет вид:
2 AP^pi+j; АД.,,,
ДР =__________—________---------
э т	п	k
2 Pi^pi РоУ ^о<?4~ У< Р/п,ч /
t=l	<7=1	/=1
где АЛп,пу- — потери энергии в /-м переходном процессе,
продолжающемся в течение времени /п>п7 при среднем зна-
чении коэффициента ухудшения теплоотдачи р7; k — число
переходных процессов в цикле.
Для повторно-кратковременного режима работы целесо-
образно применять специальные двигатели, обладающие
значительной перегрузочной способностью и повышенным
пусковым моментом, что позволяет максимально использо-
вать их по нагреву. Такие двигатели выпускаются с норми-
руемой номинальной мощностью при определенной продол-
жительности включения и длительности цикла. При превы-
шении нормированной длительности цикла расчет мощности
двигателя ведется, как для продолжительного режима
(в каталогах на некоторые из этих двигателей указывается
номинальная мощность для продолжительного режима, но
некоторые из таких двигателей не могут работать в продол-
жительном режиме даже на холостом ходу, перегреваясь
из-за больших постоянных потерь).
Основным значением ПВ, на которое рассчитываются
двигатели, является ПВ = 25 % (е = 0,25) для старых се-
рий и 40 % (е = 0,4) для новых серий двигателей. В катало-
гах приводится номинальная мощность двигателя для раз-
личных значений ПВ.
Если расчетная продолжительность включения е и тре-
буемая (расчетная) мощность двигателя при одинаковом
графике нагрузки отвечают стандартным значениям, то вы-
бор мощности двигателя не составляет труда. Для отличаю-
щегося от стандартного ПВ двигатель в повторно-кратко-
временном режиме развивает другую мощность, которая
может быть найдена исходя из того, что потери при искомой
мощности, соответствующей е, должны быть равны поте-
рям при номинальной мощности, например при Р0Л5 и
е = 0,25, т. е.
(АРк + АР.о,2В)/ц.О,25 =(аРк + АРв1),25~)/ц8. (9.119)
где АРг,0,25 — переменные потери в двигателе при Р0125.
384
 Из (9.1 i9) имеем: -
Ре = Р0,25 j/"(«0,25 4" 1) 0,25/8 — ЙО,25»	(9- 120)
где «0,25 — коэффициент постоянных потерь при нагрузке
Ро.25< «0,25= ^Pk^Pvq,25-
При 8 > 0 25 Ре < Р0 25; при е < 0,25 Ре > Ра,25.
Без учета постоянных потерь формула (9.120) упростится
и примет вид:
Ре = Л>,25 ]/0^5/Г-	(9.121)
Из (9.121) можно заключить, что пересчет мощности с от-
носительной продолжительностью включения е, получен-
ной из произвольного графика нагрузки (например, приве-
денного на рис. 9.32):
8 = ^рДц — Gi + ^2 + *s)/(G + ti + 4" М» (9-122)
на стандартные значения может быть произведен по одному
из следующих соотношений:
P0.I5 = PeKW5; Ра.25 = РеК^25; '
pa,4 = pe]/W;
ра,в=реК8“Дб; Л,а=РеК8».
(9.123)
из этих значений выбирается то, где е наиболее близко
к стандартному значению ПВ. При большом различии
между е и стандартным ПВ следует пользоваться формулой
(9.120).
Расчет мощности для повторно-кратковременного ре-
жима с частыми пусками и электрическим торможением
(S5), когда пусковые и тормозные потери оказывают влия-
ние на нагрев двигателя, производится аналогично преды-
дущему, т. е. методом непосредственного учета потерь в дви-
гателе.
Если все потери выделяются в самом двигателе, как это
имеет место, например, в асинхронном двигателе с коротко-
замкнутым ротором при включении его в питающую сеть,
то наблюдается интенсивный перегрев двигателя, лимити-
рующий допустимое число включений. Расчет мощности
(проверка по нагреву) в этом случае сводится к определению
допустимой частоты включений и сравнению ее с требуемой
частотой включений.
13 Чиликин М. Г., Сандлер А. С,
385
9.8. Определение допустимой частоты
включений асинхронного двигателя
с короткозамкнутым ротором и пути
ее увеличения
В приводах значительного числа металлорежущих
станков, прессов, вспомогательных механизмов прокатных станов и
другого оборудования возникает необходимость по условиям технологи-
ческого процесса в большой частоте включений двигателей, достигаю-
щей 600—800 и более в час.
Допустимым числом включений в час считают такое, при котором
среднее превышение температуры после большого числа рабочих циклов
в режиме S5 будет равно допустимому, и двигатель оказывается пол-
ностью использованным по нагреву. В этом случае, если двигатель
продолжительного режима работает с номинальной угловой скоростью
при допустимом превышении температуры, мощность потерь, выделяе-
мых в охлаждающую среду, равна ДРНОМ, а в период паузы при том же
превышении температуры р0 ЛРном- В среднем за время переходных
процессов потери, выделяемые в охлаждающую среду, равны (1 4*
4- |30) ДРном/2. Потери энергии, выделяющиеся в двигателе за цикл,
состоят из потерь энергии за время переходных процессов ДДП 4“ Д4Т
и потерь в установившемся режиме ДР /у. Последние могут меняться
в зависимости от нагрузки. Когда температура двигателя установилась,
потери энергии, выделяемые в двигателе за цикл, равны энергии, рас-
сеиваемой в охлаждающую среду, т, е.
Д4п4'Д^’^у4'Д4т = —ДРном (^п4-^)4-
4-ДРиом^у4-₽о Д^ном^о-	(9.124)
где t„, ty, t-i и t() — соответственновремяпуска,установившегося режима,
торможения и паузы.
Так как ta = 3600/Л, то ty = 3600е//г — (/„ 4- 4) и =
= 3600 (1 — е)//г, здесь h — число включений в час.
Подставляя в (9.124) значения ty и ?0 и решая его относительно ht
получаем:
к ___ЧйОП___________(Д^ном ДР) S 4-ДРномРо (1 8)________
Д Ап 4- д Л - (;п 4- у (АР 4- (14- Ро) ДРном/2 - ДРНОм) ‘
(9.125)
Для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором третьим
членом знаменателя можно пренебречь по сравнению с суммой Д4П4“
4- Д4Т, так как он не превышает 2—4 % этой суммы; поэтому
йДоп « 3600	АР) И-ДРНОМ Ро (1-£)	(9 126j
IX А п
Если в установившемся режиме двигатель работает с номинальной
нагрузкой (ДР=ДРНОМ), формула (9.126) упрощается и принимает
вид:
Р'1271
386
. = Анализ (9.125) показывает, что допустимое число включений в час
зависит от статической нагрузки, определяющей мощность потерь АР,
относительной продолжительности включения е, коэффициента ухудше-
ния теплоотдачи |30 и от потерь энергии в переходных режимах, С умень-
шением АР возрастает haon, достигая наибольшего значения при холос-
том ходе. На допустимое число включений в час существенно влияют
потери энергии в переходных режимах. Так как они пропорциональны
моменту инерции привода, то с ростом уменьшается допустимая
частота включений.
Из (9.125) следует также, что при APH0B — ДР = ₽0 ДРВОМ до-
пустимая частота включений не зависит от е. Когда (ДРНОМ — ДР) >
> Ро АРНом> с ростом е можно допустить большее число включений
в час. Наконец, если (ДРНОМ — ДР) < Зо АРНОМ, то с ростом е допусти-
мая частота включений уменьшается. В том случае, когда момент инер-
ции ротора двигателя составляет небольшую долю общего приведенного
момента инерции привода, с ростом номинальной мощности двигателя
допустимая частота включений увеличивается. Для номинальной на-
грузки с увеличением е допустимая Частота включений уменьшается.
Увеличение допустимой частоты включений достигается независи-
мой вентиляцией двигателя, действующей одинаково интенсивно в те-
чение всего цикла работы электропривода. Существенного увеличения
допустимой частоты включений можно добиться за счет уменьшения
потерь энергии в переходных процессах. В этом отношении наибольший
эффект дает частотное управление асинхронным двигателем с коротко-
замкнутым ротором по сравнению с другими способами управления.
Исследования показали, что практически потери энергии за время
переходного процесса достигают минимума при токах приблизительно
в 1,5—2 раза больше номинального и оптимальном абсолютном сколь-
жении. В большинстве случаев при частотном управлении именно эти
значения токов статора и обусловливают максимально допустимое число
включений асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, ко-
торое оказывается в несколько раз большим, чем при прямом пуске
двигателя от сети с неизменной частотой и амплитудой напряжения и
торможением противовключением.
Так как повторно-кратковременный режим работы с частыми
пусками (S4) характеризуется так же, как и режим с частыми пусками
и электрическим торможением (S5), относительной продолжительностью
включения и числом пусков в час, то режим (S4) может рассматриваться
как частный случай режима (S5).
По аналогии с режимом S5 для двигателя, работающего в режиме
S4, может быть найдено допустимое число включений в час, а именно:
t. __чкпп (АРиом АР) s-|~Po АРНОМ (1 е)	_ _ .
доп- АЛп-1п[ДР+(1+₽0) АРВом/2-АРном]’ (	’
13*
Системы
ЧАСТЬ
вторая автоматического
управления
электроприводами
ВВЕДЕНИЕ
Управление электроприводами заключается
в осуществлении пуска, регулирования скорости, торможе-
ния, реверсирования, а также поддержания режима работы
привода в соответствии с требованиями технологического
процесса.
В простейших случаях пуск, регулирование скорости
и торможение производятся при помощи аппаратов ручного
управления. К ним относятся рубильники, пакетные вы-
ключатели, пусковые и регулировочные резисторы, кон-
троллеры. Применение этих аппаратов связано с дополни-
тельной затратой времени на управление и, следовательно,
снижает производительность механизма, особенно в тех слу-
чаях, когда его работа связана с частыми пусками или ре-
гулированием скорости. Кроме того, применение аппаратов
ручного управления исключает возможность дистанцион-
ного управления, что неприемлемо в ряде современных ав-
томатизированных установок. В мощных электроприводах
ручное управление затруднено или даже практически не-
возможно вследствие больших усилий, требующихся от
человека для совершения переключений аппаратов.
Стремление устранить указанные недостатки ручного
управления привело к созданию аппаратов полуавтомати-
ческого и автоматического управления.
История развития автоматизированного управления
электроприводами в промышленности СССР неразрывно
связана с общей индустриализацией страны, которая при-
вела к широкому применению высокопроизводительных ме-
ханизмов в самых различных областях народного хозяй-
ства и к необходимости автоматического управления этими
механизмами.
388
- Автоматическое управление электроприводами явля-
ется одним из основных условий повышения производи-
тельности механизмов и производства продукции высо-
кого качества. В системе управления электроприводом
используются: релейно-контактные аппараты, где основ-
ными элементами являются различного рода реле, кон-
такторы, путевые выключатели и др.; усилители, преоб-
разовательные устройства и датчики—электромашинные,
электромагнитные, полупроводниковые (транзисторные,
тиристорные, интегральные) и т. п.; бесконтактные логи-
ческие элементы, различные элементы цифровой и анало-
говой вычислительной техники, микропроцессоры и мик-
ро-ЭВМ и т. п.
Выбор типа устройств для построения систем управления
и типа самих систем управления определяется требова-
ниями к электроприводу и тем функциям, которые он дол-
жен выполнять.
Современные регулируемые электроприводы для автома-
тических линий и механизмов обычно строятся на полупро-
водниковых устройствах (в приводах большой мощности
в силовой части привода используются наряду с тиристо-
рами и электромашинные преобразователи). На релейно-
контакторную аппаратуру в таких приводах обычно возла-
гаются функции включения питания (подсоединение к сети)
силовых блоков и блоков управления, защиты и ввода пер-
воначальных и конечных команд в систему управления
приводом. Но наряду с электроприводами, выполняющими
сложные функции, в ряде случаев содержащими микропро-
цессоры или программные устройства управления, сущест-
вует большое количество электроприводов, на которые
возлагаются относительно простые функции. Это обычно
нерегулируемые или регулируемые ступенчато в неболь-
шом диапазоне электроприводы с невысоким быстродей-
ствием. В задачу систем управления такими электроприво-
дами чаще всего входит организация пуска, торможения,
перехода с одной ступени скорости на другую, реверса и
осуществление этих операций в определенной последова-
тельности во времени или по командам от рабочей машины,
завершившей очередную технологическую операцию. При-
чем необязательно, чтобы система управления выполняла
все эти функции: набор функций зависит от требований
к приводу. Системы управления такими электроприводами
обычно строятся на релейно-контактной аппаратуре при от-
носительно небольшом числе срабатываний ее в час, а при
.389
большом числе срабатываний — на бесконтактной аппара-
туре.
Перечисленные функции этих систем в большей своей
части являются логическими, определенная очередность их
выполнения, зависящая отсоединения этих аппаратов между
собой, представляет некоторую жесткую программу выпол-
нения операций. Такую логическую связь, но более слож-
ную, имеют системы управления электроприводами многих
современных рабочих машин, в частности металлорежущих
станков. Во многих случаях эта часть системы управления
выполняется на релейно-контактной аппаратуре, иногда на
бесконтактной или с использованием программируемых ко-
мандоконтроллеров, позволяющих изменять последователь-
ность выполнения операций.
Автоматическое управление электроприводами имеет
большое народнохозяйственное значение потому, что оно
дает возможность увеличить производительность труда,
облегчить условия труда рабочего, улучшить качество про-
дукции, уменьшить расход электроэнергии и повысить на-
дежность работы производственных механизмов.
Автоматизация упрощает обслуживание механизмов,
дает возможность осуществить дистанционное управление
электроприводами. Последнее особенно важно там, где
нельзя управлять двигателями в непосредственной близости
по условиям территориального расположения машин или
в связи с особенностями технологического процесса.
Различают системы управления разомкнутые и замкну-
тые. Разомкнутые системы отличаются той особенностью,
что изменение возмущающих воздействий (например, на-
грузки на валу двигателя) приводит к изменению ранее
заданного режима работы привода. В замкнутых системах,
или собственно автоматических системах, независимо от
состояния возмущающих воздействий можно поддерживать
заданный режим работы привода. В замкнутых системах
автоматического управления при пуске, торможении или
регулировании скорости привода может быть обеспечено
непрерывное изменение тока, момента, скорости, положе-
ния по требуемому закону. Замкнутые системы автомати-
ческого управления являются более сложными, но в то же
время и более совершенными, чем разомкнутые.
390
ГЛАВА ДЕСЯТАЯ
РАЗОМКНУТЫЕ СИСТЕМЫ
АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
50.1. Изображение и обозначение
элементов схем автоматического
управления
Для автоматического управления электропри-
годами применяются различные аппараты: контакторы,
автоматы, регуляторы, реле, кнопочные станции, путевые
выключатели, бесконтактные логические элементы, а также
разного рода вспомогательные электрические машины и
аппараты. Каждый из этих аппаратов состоит из ряда эле-
ментов: электромагнитной системы, создающей необходимое
тяговое усилие; главных и вспомогательных контактов
и т. п. С помощью проводов отдельные аппараты и их эле-
менты электрически соединяются в общую систему, при-
званную осуществлять заданные операции в определенной
последовательности.
Современные системы автоматического управления со-
держат десятки, а иногда даже сотни отдельных элементов,
вследствие чего возникают известные трудности не только
в процессе проектирования схем, но и в чтении
схем; Поэтому начертание схем должно производиться
по определенной системе, облегчающей их чтение.
Прежде всего отметим деление цепей в схемах на две
категории: цепи главного тока и вспомогательные. К Ц е-
пям главного тока относятся силовые цепи дви-
гателей и генераторов. Для облегчения чтения схем цепи
главного тока можно вычерчивать утолщенными линиями.
Вспомогательные цепи включают в себя цепи
управления, где присоединяются катушки контакторов и
реле, контакты реле, вспомогательные контакты контакто-
ров и другие элементы аппаратов. Кроме того, к вспомога-
тельным цепям относятся цепи защиты, сигнализации и
цепи, связанные со специальными блокировками между
отдельными электроприводами. Цепи вспомогательные изо-
бражаются тонкими линиями.
В тех же целях облегчения чтения схем при выполне-
нии монтажных и ремонтных работ, а также при наладках 
во время эксплуатации приводов используются два различ-
ных типа схем.
391
1. Принципиальная схема содержит изо-
бражение элементов всех аппаратов й машин. Расположе-
ние элементов на схеме дается так, как это удобно для чте-
ния схемы, а не по действительному пространственному их
расположению, т. е. отдельные токоведущие элементы аппа-
ратов и машин указываются в соответствии с их положе-
нием в электрической цепи вне зависимости от кинемати-
ческой или конструктивной связи этих элементов. Каждый
Рис. 10.1. Принципиальная схема управления асинхронным двигате-
лем с короткозамкнутым ротором.
элемент в принципиальной схеме имеет свое условное гра-
фическое изображение. Кроме того, каждому аппарату
в схеме присваивается буквенное обозначение, указываю-
щее на функции данного аппарата и сохраняющееся одина-
ковым для всех его элементов. Так, на схеме, приведенной
на рис. 10.1, контакт линейного контактора обозначен бук-
вами КЛ. Такие же обозначения должны иметь и другие
элементы, например катушка этого контактора.
2. Схема соединений (монтажная) —
это схема, где изображается разводка силовых проводов и
проводов вспомогательных цепей с указанием их сечения,
марок и способов их прокладки.
392
’ В схемах соединений расположение отдельных аппара-
тов, измерительных приборов, а также элементов одного и
Шины
Ал. 50*4-
В \ ^390В
с)
Рис. 10.2. Схема соединений панели управления асинхронным двига-
телем и общая схема.
того же аппарата дается обычно в соответствии с их действи-
тельным размещением. На рис. 10.2 приведена схема соеди-
нений (в случае так назы-
ваемого заднего монтажа)
панели управления двига- -
телем по принципиальной
схеме, изображенной на
рис. 10.1. Правая часть
рисунка относится к о б -
щей схеме, определяю- §
щей составные части уста-
Рис. 10.3. Фасад панели управ-
ления асинхронным двигателем
(схема расположения).
' новки и соединения их между собой, в данном случае сое-
динение панели с двигателем и кнопочной станцией.
303
На рис. 10.3 показан фасад этой панели управления.
Это изображение может быть отнесено к схеме рас-
положения, определяющей относительное располо-
жение составных частей установки и соединяющих их про-
водов, жгутов, кабелей и т. п. (провода здесь не показаны,
так как монтаж задний). Ясно, что схема соединений должна
составляться в соответствии с принципиальной схемой.
При проектировании и чтении схем замыкающие и раз-
мыкающие контакты электрических аппаратов изобража-
ются в положении, которое они занимают при снятии на-
пряжения с катушек этих аппаратов или отсутствии меха-
нического воздействия на контактную систему, например
при отсутствии тока в катушках реле и контакторов, при
отсутствии нажатия на кнопку, при нулевом положении ко-
мандоаппарата и т. д.
10.2. Принципы автоматического
управления пуском электродвигателей
в разомкнутых релейно-контактных
системах
Автоматизация пускового процесса значи-
тельно облегчает управление электродвигателями, устра-
няет возможные ошибки при пуске и ведет к повышению
производительности механизмов.
Наиболее просто осуществляется автоматизация для
асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, по-
скольку управление пуском здесь сводится в подавляющем
большинстве случаев к прямому включению двигателя на
полное напряжение сети.
Что касается других двигателей, то здесь наиболее
часто приходится постепенно выключать пусковые рези-
сторы, регулирующие пусковой ток в допустимых преде-
лах. Для мощных синхронных и асинхронных двигателей
с короткозамкнутым ротором пуск иногда осуществляется
переключением обмотки статора с пониженного напряже-
ния на номинальное.
При проектировании схем управления для двигателей
постоянного тока и асинхронных двигателей с фазным рото-
ром исходят из заданных условий пуска.
На рис. 10.4 показана пусковая диаграмма двигателя
с тремя ступенями пускового резистора, построенная из
условий изменения тока в определенных заданных преде-
лах от до /2. Пуск электродвигателя согласно этой диа-
394
грамме может быть произведен от руки или автоматически.
Если пуск осуществляется вручную, то резисторы пере-
ключаются с ориентировкой на показания амперметра в
цепи якоря.
Автоматическое управление позволяет более точно вы-
держать заданные условия пуска и освобождает человека
от выполнения утомительных операций.
Выясним прежде всего, в функции каких величин можно
осуществить автоматическое управление пуском двигателя,
Из рассмотрения диаграмм, показанных на рис. 10.4.
следует, что выключение ступеней резистора должно про-
исходить при определен-
ной угловой скорости дви-
гателя (со1, со2 и со3), опре-
деленном токе /2 и через
определенные промежутки
времени (tlt и /3). Оче-
видно, что управление пу-
Рис. 10.4. Пусковая диаграмма
двигателя с тремя ступенями
пускового резистора.
ском может быть осуществлено в функции скорости, тока,
времени. Иногда управление двигателем совершается в
функции пути.
Диаграммы, приведенные на рис. 10.4, иллюстрируют
процесс пуска при ступенчатом управлении, осуществляе-
мом при помощи релейно-контактных аппаратов в разом-
кнутых системах управления.
10.3. Типовые узпы репейно-контактного
управления пуском двигателей
постоянного тока при питании от сети
а) Управление в функции угловой скорости (ЭДС)
Управление в функции угловой скорости тре-
бует контроля угловой скорости с последующим воздей-
ствием на соответствующий аппарат. Реле, непосредственно
работающие в функции угловой скорости, например центро-
бежные, в схемах управления пуском двигателей приме-
няются сравнительно редко. Объясняется это относительной
395
сложностью их конструкции и небольшой надежностью
в работе. Можно измерять угловую скорость электрическим
путем при помощи тахогенератора, соединенного с валом
двигателя. Однако необходимость иметь дополнительно та-
кой тахогенератор приводит также к усложнению схемы.
Поэтому угловая скорость двигателя часто фиксируется
косвенным путем — измерением других параметров, одно-
। значно связанных с угловой скоростью. Для двигателей
постоянного тока таким параметром является ЭДС двига-
теля, а для синхронных и асинхронных двигателей с фаз-
ным ротором, кроме того, частота тока в роторе и значение
ЭДС ротора.
Рис. 10.5. Узел схемы автоматического пуска двигателя в функции
ЭДС вращения якоря двигателя.
Напряжение, зависящее от ЭДС, прикладывается к ка-
тушкам реле или контакторов, которые срабатывают при
определенном значении ЭДС и осуществляют переключе-
ние пусковых резисторов в требуемой последовательности.
На рис. 10.5 изображен узел схемы автоматического
пуска двигателя постоянного тока независимого возбужде-
ния в функции ЭДС.
Каждый из включенных в схему контакторов углового
ускорения (КУ/, КУ2, КУЗ) настроен на определенное зна-
чение напряжения втягивания. В начальный момент пуска
напряжение на катушках контакторов углового ускорения
равно лишь падению напряжения в цепи якоря, так как
е = /гюФ = 0. По мере увеличения угловой скорости элек-
тродвигателя его ЭДС возрастает. При определенной угжо-
396
вой скорости о»! напряжение на катушке контактора КУ1
(рис. 10.5) достигает такого значения, при котором контак-
тор срабатывает и замыкает свой контакт. Таким образом,
первая ступень резисторов оказывается зашунтированной.
Контакторы КУ2 и КУЗ при этом еще не работают, так как
они настроены на более высокие напряжения втягивания.
Как только угловая скорость двигателя достигает значе-
ния со2, срабатывает контактор КУ2, замыкая свой контакт,
и т. д. до тех пор, пока все ступени пусковых резисторов
не окажутся зашунтированными. После того как будет вы-
ведена последняя ступень резисторов, пуск двигателя за-
канчивается, и он работает на естественной характери-
стике.
Рис. 10.6. Узел видоиз-
мененной схемы автома-
тического пуска двигателя
в функции ЭДС враще-
ния.
К недостаткам рассмотренной схемы следует отнести
различное напряжение срабатывания, на которое должны
быть выбраны контакторы углового ускорения. Этот недо-
статок можно сгладить, если осуществить включение кон-
такторов по схеме, изображенной на рис. 10.6. В этой схеме
к обмотке якоря присоединены лишь одни концы катушек
контакторов, а другие концы их подключаются к разным
точкам пускового резистора. При таком присоединении
удается выровнять напряжение втягивания для всех трех
катушек. Контакторы по-прежнему должны срабатывать
при заданных угловых скоростях двигателя colt со2 и со3.
Напряжения втягивания на разных катушках будут соот-
ветственно равны:
иКУ1 = ccoi 4* I (/?„ 4* 4* /?з);
^/<У2 = сй>2 + / (7?я + /?з)>
УкУз — Сс°з 4* IRa'
Эти напряжения мало отличаются друг от друга, т. е.
ccoi 4-1 (Ra 4- R% -К R3) с<»2 4- I (Rs 4- Rs) ссоз 4- IRa>
397
поэтому катушки контакторов могут быть выбраны на оди-
наковое напряжение втягивания. Равным образом после
пуска контакторы оказываются включенными на одинако-
вое напряжение сети. Следовательно, для всех ступеней
могут быть применены однотипные контакторы.
Однако в силу недостатков, заключающихся в возмож-
ном перегорании пусковых резисторов, в неточном срабаты-
вании контакторов при холодном и нагретом состояниях
катушек, а также вследствие того, что случайное увеличе-
ние напряжения сети во время пуска вызывает увеличе-
ние тока якоря, схемы пуска в функции ЭДС в современ-
ной практике для двигателей большой мощности не приме-
няются. Подобные схемы встречаются лишь в приводах не-
большой мощности, главным образом в металлообрабаты-
вающих станках.
Четкое и надежное включение контакторов без привари-
вания их главных контактов требует, чтобы напряжение сета
было существенно выше, чем напряжение втягивания кату-
шек контакторов. Поэтому обычно на место контакторов
ставятся промежуточные реле напряжения, действующие
в функции ЭДС и включающие контакторы, питаемые от
сети постоянного напряжения.
б] Управление в функции тока
Ток во время пуска двигателя колеблется в не-
которых заданных пределах, как это показано на рис. 10.4.
Начальный толчок тока определяется значениями требуе-
мого пускового момента и допустимого тока для данного
двигателя. По мере увеличения угловой скорости двигателя
его ток снижается. В момент снижения тока до определен-
ного значения часть пускового резистора шунтируется, что
приводит к новому увеличению тока до значения /Р
Ток переключения /2 выбирают, исходя из необходи-
мости обеспечить требуемое минимальное угловое ускоре-
ние при пуске двигателя с заданной нагрузкой, поэтому
ток переключения должен всегда быть выше тока, опреде-
ляемого моментом сопротивления.
Схема автоматического пуска, построенная на прин-
ципе управления в функции тока, должна предусматри-
вать одно или несколько реле, включаемых непосредственно
в цепь якоря двигателя. Количество реле зависит от числа
пусковых ступеней резисторов. Построение схем управле-
ния в функции тока понятно из рассмотрения рис. 10.7,
398
где показано применение токового реле углового ускоре-
ния РУ с размыкающим контактом. При включении линей-
ного контактора КЛ получает питание катушка токового
реле РУ и его размыкающий контакт в цепи контактора
углового ускорения КУ в начале пуска размыкается. Поэ-
тому пуск двигателя начинается с полностью введенным ре-
зистором в цепи якоря; контакт блокировочного реле РБ
не позволяет контактору КУ включиться сразу после вклю-
чения контактора /<Л, так как собственное время включе-
ния реле РБ выбирается большим или равным собствен-
ному времени включения реле РУ.
Рис. 10.7, Узел схемы автома-
тического пуска двигателя в
функции тока.
Рис. 10.8. Кривые изменения
тока при пуске в функции вре-
мени с различными нагрузками
на валу двигателя.
Ток отпускания реле ускорения равен току переключе-
ния /2, что приводит к срабатыванию контактора КУ и
шунтированию пускового резистора. При втором броске
тока контактор КУ не отключается вследствие того, что кон-
такт реле РУ шунтирован теперь контактом КУ-
Достоинство рассмотренного принципа управления за-
ключается в том, что переключения производятся при
заданных значениях тока в цепи якоря и не зависят от,коле-
баний напряжения сети.
Однако схемы, основанные на принципе управления
в функции тока, не свободны от недостатков. Так, если при
пуске двигателя нагрузочный момент на его валу по каким-
либо причинам окажется выше расчетного, то ток может дли-
тельное время превышать значение /2, при котором проис-
ходит отпускание якоря реле. Поэтому пусковой резистор
окажется невыключенным, что может привести к его пере-
горанию, так как он не рассчитан на длительную работу.
399
в) Управление в функции времени
Пусковые диаграммы со = f (t) и i =	(/),
приведенные на рис. 10.4, показывают, что шунтирование
ступеней пускового резистора должно происходить через
определенные промежутки времени. Первая ступень рези-
стора должна быть выведена через время 4 после начала
пуска, вторая — через время t2 и т. д. Этим и определяется
возможность создания схем управления, работающих в фун-
кции времени.
Для автоматизации пуска используются различные
реле времени, настраиваемые на соответствующие выдержки
времени. По принципу действия реле времени разделяются
на механические, электромагнитные, электронные, полу-
проводниковые, пневматические и т. д.
При управлении двигателями постоянного и переменного
тока часто используются электромагнитные реле, а в при-
водах с синхронными двигателями для переключения на-
пряжения во время пуска могут также применяться электро-
магнитные или полупроводниковые реле.
Необходимая выдержка времени каждого реле опреде-
ляется на основании пусковой диаграммы. Для определе-
ния выдержки времени реле нужно из времени пуска дви-
гателя, полученного по расчету, вычесть собственное время
включения контакторов. Для контакторов постоянного тока
в зависимости от их величины собственное время лежит
в пределах 0,1 — 0,4 с, а для контакторов переменного тока
0,05 — 0,07 с.
Реле управляют контакторами углового ускорения по
истечении выдержки времени независимо от того, какой
ток проходит через двигатель и до какой скорости он разо-
гнался. Поэтому при переменной нагрузке приходится
устанавливать выдержки времени, соответствующие нор-
мальным условиям пуска при некоторой средней нагрузке.
Кривая 1 на рис. 10.8 дает зависимость тока при пуске
двигателя для случая, когда действительная нагрузка сов-
падает с расчетной.
Если пуск происходит с увеличенной нагрузкой при
неизменных сопротивлении резистора и выдержке времени
реле, двигатель не успевает разогнаться до расчетной угло-
вой скорости coj (см. рис. 10.4), а ток не снизится до зна-
чения /2. Поэтому бросок тока после шунтирования первой
ступени резистора окажется большим расчетного. То же
получится и на последующих пусковых ступенях резистора.
400
В результате этого зависимость тока i„ = f (t) в период
пуска получит вид, представленный кривой 2 на рис. 10.8.
В этом случае время пуска остается прежним, а средний
пусковой момент увеличивается.
Уменьшение нагрузки по сравнению с расчетной при-
водит к обратному, т. е. уменьшению среднего пускового
момента при неизменном времени пуска. Пусковая
диаграмма в этом случае представлена кривой 3 (рис. 10.8).
Достоинством схем управления, работающих в функ-
ции времени, является отсутствие опасности сколько-ни-
будь продолжительной работы двигателя с неполной угло-
вой скоростью, чего не удается избежать в схемах, исполь-
зующих принципы управления в функции угловой скорости
или тока. Опасность, возникающая при весьма резком воз-
растании нагрузки, устраняется наличием максимальной
защиты, с помощью которой двигатель отключается от сети.
Простота и надежность в работе, так же как и возможность
применения однотипных реле времени, привели к широкому
применению электроприводов, управляемых в функции
времени.
Для автоматизации пуска двигателей постоянного тока
в функции времени часто применяется электромаг-
нитное реле времени. Выдержка времени в некото-
рых типах реле достигается тем, что после снятия напряже-
ния магнитный поток в замыкаемой накоротко катушке спа-
дает постепенно, так как электромагнитная постоянная
времени катушки при закрытом якоре сравнительно ве-
лика, а ток в катушке реле изменяется согласно уравнению
i==Iae-t/Tf
где /н — начальное значение тока; Т = L/R — электромаг-
нитная постоянная времени катушки реле; L, R — индук-
тивность и активное сопротивление катушки реле.
Такие реле могут иметь контакты, работающие с вы-
держкой времени лишь при отключении реле. Включение
реле происходит практически мгновенно, так как при отве-
денном якоре индуктивность катушки весьма незначительна
и нарастание тока в катушке происходит быстро.
Существуют также электромагнитные реле, обмотку ко-
торых после снятия напряжения не нужно замыкать нако-
ротко. Выдержка времени в подобных реле достигается за
счет применения медной гильзы, надеваемой на сердечник
реле. При отключении катушки реле медная гильза играет
роль замкнутого контура, в котором наводится ток, пре-
401
пятствующии быстрому спаданию магнитного потока, вслед-
ствие чего якорь реле в течение определенного времени удер-
живается в притянутом положении.
В электромагнитных реле малых размеров можно полу-
чить выдержку времени до 1 с, больших габаритов — до
5—6 с. Конструкция электромагнитных реле времени яв-
ляется простой и надежной в работе, поэтому они широко
применяются в схемах управления электроприводами по-
стоянного тока.
Электромагнитные реле времени этого типа стали при-
меняться и в схемах управления приводами переменного
овм
Ь-ггуъ-о КН КУ1
тока, где они включаются че-
рез вентильные устройства.
На рис. 10.9 показаны два
варианта включения электро-
магнитных реле времени. Пер-
вая ступень углового ускоре-
ния управляется здесь с по-
мощью реле РУ1, имеющего
гильзу, а вторая ступень—по-
средством электромагнитного
реле РУ2 без гильзы. Для
получения выдержки времени
Рис. 10.9. Узел схемы автоматиче-
ского пуска двигателя в функции
времени.
в последнем реле необходимо, как указывалось выше, за-
мыкать его катушку накоротко. Для этой цели катушка
реле РУ2 включена параллельно первой ступени пускового
резистора, шунтируемого контактом КУ1. После включе-
ния двигателя это реле мгновенно втягивается, так как
к нему прикладывается достаточное для срабатывания
напряжение, равное падению напряжения на первой сту-
пени резистора, вызванному пусковым током.
При пуске двигателя размыкающий вспомогательный
контакт КЛ, срабатывая, отключает реле РУ1, контакт
которого через некоторое время, обусловленное соответст-
вующей выдержкой времени, замыкается и подает напря-
жение на катушку контактора .ДУ/. Контакт ДУ/ замы-
кается и шунтирует первую ступень резистора. Одновре-
менно замыкается накоротко катушка реле РУ2, вследствие
402
чего она теряет питание, и размыкающий контакт РУ2,
будучи ранее открытым, закроется с выдержкой времени.
После этого включается контактор углового ускорения
1\У2 и выводится вторая ступень резистора.
Для управления автоматизированными приводами в фун-
кции времени применяются также электронные и полупро-
водниковые реле.
10.4.	Типовые узлы схем управления
торможением двигателей постоянного
тока при питании от сети
а)	Управление а функции угловой скорости (ЭДС)
Часто для электрического торможения дви-
гателей, работающих в автоматизированных установках,
используются режимы динамического торможения и проти-
вовключения. Торможение с возвратом энергии в сеть при-
меняется реже, главным образом в установках с отдельным
генератором или тиристорным реверсивным выпрямителем,
в двигателях независимого возбуждения при снижении угло-
вой скорости за счет усиления магнитного потока, а также
в многоскоростных асинхронных двигателях при измене-
нии числа полюсов, в приводах переменного тока с преобра-
зователями частоты, в машинах двойного питания и в неко-
торых каскадных приводах.
Динамическое торможение двигателей
может быть осуществлено по схемам, работающим в функ-
ции времени или в функции угловой скорости. Узел схемы,
осуществляющей управление торможением в функции угло-
вой скорости (ЭДС), приведен на рис. 10.10. При отключе-
нии линейного контактора КЛ замыкается его размыкаю-
щий вспомогательный контакт КЛ в цепи катушки реле РТ,
подключаемой к якорю двигателя. Реле РТ замыкает свой
контакт в цепи катушки контактора КТ, который своим кон-
тактом включает якорь двигателя на резистор 7?2, вслед-
ствие чего и происходит торможение двигателя. Процесс
динамического торможения в подобной схеме будет совер-
шаться до некоторой минимальной угловой скорости, при
которой реле РТ отключится. Торможение от минимальной
угловой скорости до полной остановки происходит под дей-
>/ствием статического момента.
Для создания наибольшего момента при торможении маг-
нитный поток двигателя должен быть полным. Интенсив-
403
1
I
ность торможения при неизменном токе возбуждения опре-
деляется током в цепи якоря, зависящим от сопротивления
резистора R2, включаемого на выводы обмотки якоря.
Расчет сопротивления резистора динамического тормо-
жения можно произвести, исходя из того, что ЭДС двига-
теля уравновешивается падением напряжения в цепи
' якоря:
£ = /(Ря + /?2),	(10.1)
где Е и I — начальные значения ЭДС и тока двигателя
при динамическом торможении.
Рис. 10.10. Узел схемы автоматического управления динамическим
торможением двигателя в функции ЭДС вращения якоря двигателя.
Сопротивление резистора динамического торможения
Р2 = Д//-РЯ.	(10.2)
Здесь при расчетах вместо Е нужно подставить макси-
мально возможное значение Етах, получаемое в начальный
момент торможения, вместо I — допустимый в начале тор-
можения ток /доп.
В таком случае формула (10.2) примет вид:
Етах!Iдоп Ея-	(10.3)
Практически, если до начала торможения двигатель
работал с полным потоком, принимают Етах «« U, а /доп
2/ном. В случае торможения двигателя независимого
возбуждения с ослабленным полем, так же как и для дви-
404
гателя последовательного возбуждения, необходимо учиты-
вать угловую скорость в начале торможения, влияющую как
на ЭДС, так и на допустимый ток. Если торможение осу-
ществляется при номинальном потоке, то величину Етах
можно определять по формуле 1
Етах ~ Ен0м(йтах/(йн0№,	(Ю.4)
где (отаж — максимально возможная угловая скорость в на-
чале торможения; соном — номинальная угловая скорость
двигателя; Еном—ЭДС якоря при номинальной угловой
скорости двигателя и номинальном токе, т. е.
£1.оМ = ^-Л,оМ^я.	(10.5)
Ухудшение условий коммутации при повышенных угло-
вых скоростях ведет к снижению допустимого тока, поэ-
тому в формулу (10.3) вместо /доп нужно подставлять его
значение, пересчитанное по формуле
IДОГ! /дОП, НОМ®НОм/^/П(7ДГ»	(10.6)
где /доп, НОМ —допустимый ток при номинальной угловой
скорости двигателя.
Так как момент двигателя при динамическом торможе-
нии прямопропорционален угловой скорости, эффективность
торможения резко уменьшается по мере снижения угловой
скорости двигателя, поэтому процесс торможения затяги-
вается. Для уменьшения общего времени торможения иногда
применяют две и даже три ступени торможения, увеличи-
вая тормозной ток путем шунтирования ступеней тормоз-
ного резистора по мере уменьшения угловой скорости.
Торможение противовключением ши-
роко применяется для двигателей постоянного тока, осо-
бенно в случае реверсивных приводов, где вслед за торможе-
нием производится пуск двигателя в обратном направле-
нии.
При противовключении двигателя его ЭДС, как указы-
валось, действует согласно с напряжением сети, благодаря
чему ток в двигателе может сильно возрасти в соответствии
с уравнением
/=((/+ад.
Для ограничения тока при противовключении прихо-
дится вводить в силовую цепь, кроме пусковых резисторов,
1 Здесь для упрощения делается допущение, что ток возбуждения
сразу достигает номинального значения.
405.
еще добавочный резистор. Этот добавочный резистор назы-
вают ступенью противовключения; кон-
тактор, шунтирующий эту ступень, называют контактором
противовключения, а реле, управляющее катушкой ука-
занного контактора, — реле противовключения.
Расчет ступени противовключения для двигателей неза-
висимого и последовательного возбуждения производится
на основании следующего равенства:
{/ + £ = /(Ря + Ру + 7?п),	(Ю.7)
где /?я — сопротивление двигателя, включающее сопро-
тивления якоря, дополнительных полюсов и щеток (для
двигателя последовательного возбуждения учитывается
также сопротивление обмотки возбуждения).
Рис. 10.11. Принципиальная схема включения резисторов при тормо-
жении противовключением.
Обозначения других сопротивлений, входящих в послед-
нее уравнение, пояснено на рис. 10.11, где приведена прин-
ципиальная схема включения ступени противовключения.
Подставляя вместо I его допустимую величину /доп,
а вместо Е — максимально возможную Етах, получаем
формулу для вычисления ступени сопротивления противо-
включения
/?п = и+{Етах	(Ю.8)
'доп
Для двигателей независимого возбуждения при Ф =
— const можно приближенно считать Етах = U. В других
случаях вычисление Етах и /доп производится по (10.4)
и (10.6).
Управление ступенью противовключения может осуще-
ствляться с помощью реле противовключе-
ния РП. Катушка реле включается параллельно обмотке
якоря двигателя и части резистора, как показано на
406
рис. 10.12. Реле РП предотвращает шунтирование ступени
сопротивления 7?п при торможении до тех пор, пока угловая
скорость двигателя не окажется близкой к 0.
Произведем расчет точки присоединения
реле противовключения, для чего найдем зависимость
изменения напряжения на реле РП в функции угловой ско-
рости. Обозначим все сопро-
тивление силовой цепи А—D
(рис. 10.12) через R, а сопро-
тивление до точки присоеди-
нения реле С—D — через Rx.
Рнс. 10.12. Принципиальная
схема присоединения реле про-
тивовключения.
Рис. 10.13. Характеристики напря-
жения на реле противовключения
для разных точек присоединения
реле (двигатель постоянного тока
независимого возбуждения).
Напряжение на реле РП определится из соотношения
UPn=U-IRx;	(10.9)
значение тока двигателя в общем случае
7 = ((/-£)/7? = ((/-М)®)/7?.	(10.10)
Совместное решение (10.9) и (10.10) дает искомую зави-
симость Uph — f (<о):
Upij — U — (U — бФю)	(10.11)~
Для двигателя постоянного тока независимого возбуж-
дения величины U, R и Ф постоянны; поэтому для данной
точки присоединения реле, когда Rx также постоянно,
зависимость Upn — f (®) линейна.
Семейство характеристик для различных точек присо-
единения реле, т. е. для разных Rx, представлено на
рис. 10.13. Все характеристики сходятся в одной точке,
отвечающей идеальному холостому ходу, так как при этой
407
угловой скорости ток в силовой цепи равен 0 и, следова-
тельно, падение напряжения в сопротивлении резистора
отсутствует. Это видно из (10.9).
Все характеристики для различных значений Rx лежат
между двумя крайними; справа проходит вертикально ха-
рактеристика, для которой Rx — 0 (точка присоединения D
на рис. 10.13), а слева — характеристика, соответствующая
Rx — R — Ra (точка присоединения В). Последняя отли-
чается от характеристики ЭДС якоря, показанной на
рис. 10.13 штриховой линией, лишь на падение напряжения
в обмотке якоря и щетках.
Присоединение реле в точке D привело бы к тому, что
на его катушке независимо от угловой скорости всегда было
бы полное напряжение сети. Включение реле в точке В
тоже неприемлемо. В этом случае напряжение на нем
будет изменяться по характеристике В (рис. 10.13), что при-
ведет к втягиванию реле при отрицательном напряжении и
высокой угловой скорости.
Для надежной работы реле желательно выбрать наибо-
лее пологую характеристику, однако такую, когда реле втя-
гивается при положительном напряжении, поэтому расчет
точки присоединения реле противовключения, т. е. опреде-
ление сопротивления Rx, производится из условия, что при
максимальной угловой скорости
Uрп = U — 1RX = 0,
откуда
RX = UH.
Но так как ток в начале торможения будет
I = (U + Етах}!R,
то искомое значение сопротивления
RX = RUI(U + E
max).	(10.12)
Для двигателя постоянного тока независимого возбуж-
дения Етах U, поэтому
^ = 0,5/?.	(10.13)
Напряжение втягивания Um,pn- на катушке реле РП
из условий надежности работы при пуске принимают обычно
на 20 % ниже напряжения на реле при неподвижном якоре
двигателя, т. е.
^вт, рп — 0,8Upn о>
(10.14)
408
где
Upn 0 = U — IRX = U— URX/R.
Следовательно,
UVT = 0,8U — Rx/R). .	(10.15)
Для двигателя постоянного тока независимого возбужде-
ния с учетом (10.13)
(/,т = 0,4(/.	(10.16)
Для двигателей постоянного тока последовательного
возбуждения расчет точки присоединения реле противовклю-
чения ведется на основе универсальных характеристик,
которые можно построить для двигателей определенной
серии. Такие характеристики для различных значений
Rx/R приведены на рис. 10.14.
Рис. 10.14. Характеристики на-
пряжения на реле противовклю-
чения для двигателей постоян-
ного тока последовательного
возбуждения.
-120 -80 -40	40 80 °h
Сопротивление Rx может быть найдено также по (10.12),
а значение Етах по (10.4).
Уставка напряжения втягивания реле противовключения
для двигателей последовательного возбуждения также при-
нимается на 20 % ниже напряжения на реле при неподвиж-
ном якоре двигателя. Определение напряжения втягивания
и в этом случае производится по (10.15).
6]	Управление в функции времени
Динамическое торможение двигателя постоян-
ного тока может быть осуществлено в функции времени
(рис. 10.15). Допустим, что до начала торможения двига-
тель работает с установившейся угловой скоростью на есте-
ственной характеристике, контакторы КЛ и КУ включены.
В этом случае катушка контактора КТ не обтекается током,
409
так как се цепь оказызается разомкнутой размыкающим
вспомогательным контактом контактора КЛ. При этом якорь
двигателя не замкнут на тормозной резистор К2. Так как
замыкающий вспомогательный контакт КЛ закрыт, имеет
питание катушка реле времени РВ, и замыкающий кон-
такт его в цепи катушки КТ замкнут (подготовка к работе
цепи управления динамическим торможением). При нажа-
тии кнопки КнС (стоп) теряет питание катушка контактора
КЛ, отключается якорь двигателя от сети, вспомогатель-
ным контактом КЛ разрывается цепь катушки реле РВ
(оно начинает отсчет времени), и одновременно через зам-
кнувшийся размыкающий вспомогательный контакт КЛ
Рис; 10.15. Узел схемы автоматического управления динамическим
торможением двигателя постоянного тока независимого возбуждения
в функции времени,
получает питание катушка контактора КТ, его силовой кон-
такт, включившись, присоединяет якорь двигателя к тор-
мозному резистору R2 — происходит динамическое тормо-
жение. По окончании выдержки времени реле РВ своим
замыкающим контактом отключает контактор КТ, чем и
заканчивается электрическое торможение двигателя.
Следует отметить, что торможение в функции времени
может быть использовано при реактивном статическом мо-
менте нагрузки, при этом уставка реле времени РВ должна
быть равна или несколько больше времени торможения.
Если же момент нагрузки оказывается активным, а уставка
реле РВ больше времени торможения, то двигатель'начнет
реверсироваться еще до его отключения, что может быть
нежелательным. Поэтому при активной нагрузке по окон-
чании торможения и при отключении двигателя от сети его
вал должен быть заторможен механическим тормозом.
410
10.5.	Типовые узлы схем автоматического
управления пуском и торможением
асинхронных двигателей при питании
ст сети
Упрощенная принципиальная схема пуска асинхронного
двигателя с фазным ротором в функции времени представ-
лена на рис. 10.16. Здесь с помощью релейно-контактной
аппаратуры осуществляется пуск двигателя в две пусковые
ступени, при этом для большей надежности цепи управле-
ния подключены к сети постоянного тока.
Рис. 10.16, Упрощенная принципиальная схема пуска асинхронного
двигателя с фазным ротором в функции времени,
При подаче напряжения в цепи управления включаются
через размыкающие вспомогательные контакты КЛ и КУ1
цепи катушек реле РУ1 и РУ2, которые без выдержки вре-
мени отключают катушки контакторов КУ1 и КУ2. Затем
после нажатия кнопки КнП и включения контактора КЛ
статор двигателя подключается к сети, а роторная цепь его
замкнута на полностью включенные дополнительные рези-
сторы, и, как отмечалось, в начале пуска силовые контакты
контакторов /СУ/ и КУ2 разомкнуты. Двигатель пускается
с полностью включенными резисторами, что должным обра-
зом ограничивает пусковой ток и обеспечивает необходимее
411
угловое ускорение привода. При включении КЛ его размы-
кающий вспомогательный контакт в цепи катушки реле вре-
мени РУ1 размыкается, и поэтому оно начинает отсчитывать
выдержку времени при пуске на первой пусковой ступени,
отсчитав выдержку, реле РУ1 своим контактом включает
катушку контактора КУ1 и шунтирует часть пускового ре-
зистора. Размыкающий вспомогательный контакт КУ1
Рис. 10.17. Схема торможения противовключением асинхронного дви-
гателя с короткозамкнутым ротором.
в цепи реле РУ2 разомкнется, и реле РУ2 начнет отсчиты-
вать выдержку времени, по окончании которой размыкаю-
щий контакт РУ2 закроется, подключив к источнику пита-
ния катушку КУ2, в результате чего зашунтируется вторая
ступень пускового резистора, и двигатель будет выведен
на естественную характеристику.
Схема торможения противовключением асинхронного
двигателя с короткозамкнутым ротором приведена на
рис. 10.17. Здесь управление торможением осуществляется
в функции угловой скорости с помощью индукционного реле
контроля угловой скорости РКС, связанного с валом асин-
хронного двигателя. При вращении двигателя «вперед»
контакты РКС 1—3 замкнуты, а при вращении «назад»
замкнуты контакты 1—2. Если двигатель работал в направ-
лении «вперед», когда был включен контактор КВ, то после
нажатия на кнопку К «С включается блокировочное реле
412
РБ и своим размыкающим контактом выключает контак-
тор КВ. Замыкающий контакт РБ включает контактор КН
через замкнутые контакты 1—3 реле РКС. Дальнейшее на-
жатие на кнопку КнС не требуется, так как блокировочное
реле РБ остается включенным через контакты РБ и КН.
Происходит торможение противовключением до тех пор,
пока угловая скорость двигателя не станет близкой к О
и контакты 1—3 реле РКС не разомкнутся; двигатель авто-
матически отключается от сети (КН и РБ отключатся).
Если двигатель вращается в противоположную сторону,
когда включен контактор КН, то нажатием на кнопку КнС
через размыкающий контакт РБ отключается цепь катушки
контактора КН, а через замыкающий контакт РБ и замкну-
тые контакты 1—2 реле РКС получит питание контактор
КВ, и начнется торможение противовключением аналогично
тому, как это было при прямом направлении вращения дви-
гателя.
Если требуется реверсирование двигателя, то необхо-
димо нажать на кнопку противоположного направления вра-
щения, не воздействуя на кнопку КнС. При этом двигатель
затормаживается в режиме противовключения (без участия
реле^КС), а затем разгоняется в противоположную сторону.
На рис. 10.18 показана схема торможения противовклю-
чением асинхронного двигателя с фазным ротором, в кото-
рой реализуется управление в функции угловой скорости
(ЭДС ротора, которая пропорциональна скольжению). Реле
напряжения РП через выпрямитель В подключается к вы-
водам обмотки ротора. Реле настраивается с помощью рези-
стора Рр так, что при начале торможения (при s = 2) оно
срабатывает, а при угловой скорости, близкой к 0 (s = 1),
когда напряжение на его катушке резко снижается (почти
вдвое), реле отпускает свой якорь. При пуске в обратную
сторону реле РП не срабатывает, так как ЭДС ротора ста-
новится еще меньше, достигая нулевого значения при
8=0.
Пуск двигателя совершается в одну ступень с дополни-
, тельным резистором в роторе Рл. Ступень Ra служит для
; ограничения тока при торможении. Нажатием кнопки
‘ КнВ (или КнН) подается питание на катушку контактора
КВ (или КН), и статор двигателя присоединяется к сети,
включается блокировочное реле РБ. Затем замыкающим
контактом блокировочного реле РБ замыкается цепь ка-
тушки контактора КП, шунтирующего замыканием своих
контактов ступень Ra. С помощью механического маятни-
413
нового реле времени РВ, пристраиваемого к контактору
КП, осуществляется выдержка времени, необходимая для
пуска двигателя, после чего включается контактор КУ,
шунтирующий пусковую ступень 7?д, и двигатель выво-
дится на естественную характеристику.
Если двигатель работал в направлении «вперед» и не-
обходимо его затормозить (реверсировать), то, нажимая
кнопку КнН, отключают контакторы КВ и КП, после чего
Рис. 10.18. Схема торможения противовключением асинхронного дви-
гателя с фазным ротором.
включается контактор КП, и двигатель переводится в ре-
жим торможения противовключением. При этом срабаты-
вает реле РП и своим размыкающим контактом разрывает
цепь катушки контактора КП, что обеспечивает на период
торможения введение всех дополнительных резисторов
в цепь ротора (7?д и 7?п). Блокировочное реле РБ служит
для создания временного разрыва в цепи катушки контак-
тора КП. Оно отключается одновременно с контактором
КВ, а включается только после замыкания контактов кон-
тактора КП. Когда контакт РБ закроется, уже успеет сра-
ботать реле РП. По окончании процесса торможения контакт
РП закроется, и контактор КП шунтирует ступень проти-
вовключения. Затем происходит пуск в противоположном
направлении. Торможение противовключением происходит
аналогично при нажатии на кнопку КнВ. Если же нажать
414
на кнопку КнС, двигатель отключается от сети, и электри-
ческого торможения не происходит, двигатель останавли-
вается под действием статического момента на валу.
Схема динамического торможения асинхронного двига-
теля с короткозамкнутым ротором в функции времени пока-
зана на рис. 10.19. До начала торможения, когда двигатель
подключен к сети переменного тока, цепь питания катушки
реле времени РВ замкнута через замыкающие контакты кон-
тактора /СЛ. Замыкающий контакт РВ закрыт, но катушка
Рис. 10.19. Схема динамического торможения асинхронного двигателя
с короткозамкнутым ротором в функции времени,
контактора КТ не получает питания благодаря раскрытому
размыкающему контакту КЛ. При отключении линейного
контактора КЛ размыкаются цепь статора двигателя и
цепь катушки реле РВ. Размыкающий контакт КЛ, замы-
каясь, включает контактор динамического торможения
КТ. В этом случае через понижающий трансформатор Т,
выпрямительный полупроводниковый мост В и замкнутые
контакты КТ подается постоянный ток в обмотку статора
асинхронного двигателя, вследствие чего и осуществляется
динамическое торможение. Торможение двигателя будет
происходить до полной остановки. По окончании торможе-
ния отпадает якорь реле времени РВ и отключится контак-
тор КТ. Таким образом, торможение производится в функ-
415
tpB^J j ЛГ
ции времени, задаваемого выдержкой времени реле РВ,
которая определяется из условия
“вач
da
+ ’
где Л1т и Л4С — соответственно момент динамического
торможения и статический момент, обусловленный нагруз-
кой на валу двигателя. Интенсивность торможения опреде-
ляется постоянным током, проходящим по обмоткам ста-
тора. Для ограничения тока статора допустимым значением
служит понизительный трансформатор Т.
10.6.	Типовые узлы схем автоматического
управления синхронными
двигателями
Синхронные двигатели получили широкое при-
менение в промышленности в приводах средней и большой
мощности для механизмов, работающих с постоянной ско-
ростью. По сравнению с асинхронными приводами в этих
случаях синхронные обладают рядом преимуществ. Они
имеют высокий коэффициент мощности, работая при боль-
шой мощности с опережающим cos <р. Коэффициент полез-
ного действия мощных синхронных двигателей составляет
0,96—0,98. Больший воздушный зазор, чем у асинхронных
двигателей, даже при изнашивании подшипников почти не
изменяет свойств синхронных двигателей, тогда как нару-
шение воздушного зазора у асинхронных двигателей при-
водит к ухудшению их характеристик. Синхронные двига-
тели отличаются большой перегрузочной способностью,
линейно-зависящей от напряжения питающей сети; перегру-
зочная способность асинхронных двигателей пропорцио-
нальна квадрату напряжения.
Синхронные электроприводы в отношении требований
к пусковым режимам и условиям автоматического регулиро-
вания возбуждения можно разделить на три класса: 1) при-
воды с мало меняющейся нагрузкой; 2) пульсирующей на-
грузкой; 3) резкопеременной нагрузкой.
К типовым механизмам первого класса можно отнести
насосы, вентиляторы, компрессорные турбомашины и др.
Мощность этих приводов находится в пределах от несколь-
ких десятков до нескольких тысяч киловатт. Эти приводы
416
должны обеспечивать: пусковой момент kn — Л4П/Л4НОМ —
= 0,4 ч- 0,6; входной момент kB ~ Мв/Мтм — 0,8 ч- 1,2
и перегрузочную способность X = М„шж/Л1ном = 1,5 ч- 2,0.
Второй класс приводов с пульсирующей нагрузкой (раз-
личного рода механизмы возвратно-поступательного движе-
ния, поршневые компрессоры и насосы) мощностью от
нескольких сотен до тысячи киловатт требует kn — 0,4 ч- 1,0;
kB = 0,4 ч- 0,6 и X = 1,5 ч- 2,5.
Для приводов третьего класса с резкопеременной на-
грузкой используются синхронные двигатели от несколь-
ких сотен до десятков тысяч киловатт (шаровые мельницы
горнорудных предприятий, буровые лебедки нефтяной про-
мышленности, непрерывные прокатные станы, скиповые
лебедки доменных печей и др.). Для механизмов этой
группы, пуск которых совершается вхолостую, характерно:
ka = 0,5 -н 1,0; kB = 0,4 ч- 0,5; X = 2,5 ч- 3,5; при пуске,
под нагрузкой kn — 1,2 ч 2,0; kB — 1 ч- 1,5 и X = 2,5 -ч-
3,5. Общим требованием для этого класса приводов яв-
ляется необходимость в автоматическом регулировании тока
возбуждения для повышения устойчивости и улучшения
энергетических показателей электропривода.
Современные синхронные двигатели имеют на роторе,
кроме обмотки возбуждения, питаемой постоянным током,
еще специальную пусковую короткозамкнутую обмотку,
с помощью которой пуск синхронного двигателя осущест-
вляется в схеме асинхронного пуска.
На рис. 3.39 показаны две пусковые статические харак-
теристики синхронного двигателя, одна из которых (кри-
вая 1) отличается сравнительно малым пусковым моментом
Л4П1 и большим входным моментом Afsl, отвечающим угловой
скорости, равной 0,95®0, при которой подается ток в об-
мотку возбуждения и начинается процесс синхронизации,
и другая (кривая 2), имеющая большой начальный пусковой
момент Л4п2 и малый входной момент Л4е2.
Автоматическое управление синхронным приводом пре-
дусматривает процессы пуска, синхронизации, ресинхрони-
зации, торможения и автоматического регулирования тока
возбуждения.
В настоящее время синхронные двигатели пускаются
в ход при полном или пониженном напряжении. При вклю-
чении на полное напряжение статорная обмотка через вы-
ключатель присоединяется непосредственно к сети. Если
возникает необходимость ограничения пускового тока, то
применяется пуск при пониженном напряжении с помощью
14 Чиликии М. Г„ Савдлер Л. С.	417
включаемых в статорную цепь реакторов или автотрансфор-
матора.
В схеме, приведенной на рис. 10.20, статор в начале
пуска присоединяется через реактор Р — включен выклю-
чатель Bl, а В2 — выключен. При пуске двигателя и дости-
жении им подсинхронной угловой скорости статор подклю-
чается на полное напряжение посредством включения
выключателя В2, который шунтирует реактор. Автоматиза-
ция пуска производится в функции времени.
Рис, 10.20. Схема реакторного
пуска синхронного двигателя
(статорная цепь).
Рис. 10,21. Схема автотрансфор-
маторного пуска синхронного
двигателя (статорная цепь).
На рис. 10.21 показана схема ограничения бросков
пускового тока при помощи включения автотрансформатора
в цепь статора синхронного двигателя. Последовательность
включения коммутационных устройств такова. Сначала
включаются выключатели ВЗ и В1, затем с выдержкой
времени отключается выключатель ВЗ и включается В2.
Пуск через автотрансформатор следует применять реже,
так как эта схема сложнее, дороже и менее надежна по срав-
нению с реакторным пуском. Однако схема с автотрансфор-
маторным пуском имеет преимущество, заключающееся
в том, что ток, потребляемый из сети, будет меньше, чем при
реакторном пуске, так как ток обратно пропорционален на-
пряжению, т. е.
/с//д = ^дХЛ.
418
тогда как при реакторном пуске
Л = /с
При одном и том же пусковом токе, потребляемом из
сети, в обоих случаях в схеме с автотрансформатором будет
обеспечен больший пусковой моментдвигателя, который про-
порционален первой степени снижения пускового тока.
Поэтому автотрансформаторный способ пуска можно ре-
комендовать в тех случаях, когда требуется повышенный
пусковой момент.
В случае пуска двигателя с помощью токоограничиваю-
щих устройств включение тока возбуждения может осу-
ществляться в зависимости от жесткости пусковой характе-
ристики в зоне подсинхронной скорости и значения момента
нагрузки либо до включения двигателя на полное напря-
жение — так называемый легкий пуск, либо при полном
напряжении — тяжелый пуск.
Легкий пуск производится при малых моментах на-
грузки, вхолостую и небольших моментах: инерции при-
вода; он является более благоприятным в отношении брос-
ков тока при синхронизации.
Тяжелый пуск применяется при относительно большой
нагрузке на валу и значительных моментах инерции привода
там, где во время синхронизации может потребоваться боль-
шой входной момент (например, пуск мощных компрессор-
ных установок с маховиком, земснарядов и др.).
Постоянный ток подается в обмотку возбуждения от ге-
нератора постоянного тока с параллельным возбуждением
(возбудителя) или тиристорного преобразователя, исполь-
зуемого в качестве возбудителя. В быстроходных приводах
возбудитель (генератор) устанавливается на валу синхрон-
ного двигателя, для тихоходных приводов применяется воз-
будитель, приводимый в действие от отдельного асинхрон-
ного двигателя с короткозамкнутым ротором.
В тех случаях, когда позволяют питающая сеть и дви-
гатель, применяют прямой пуск — подключение статорной
обмотки к сети при глухо подключенном (постоянно под-
ключенном) возбудителе (при Л4С < 0,4 Л4НОМ) или с под-
ключением возбудителя при подсинхронной угловой ско-
рости, или с возбудителем, подключенным через разрядный
резистор, который шунтируется при подсинхронной угло-
вой скорости (при Л4С > 0,4 Л4НОМ).
Упрощенная принципиальная схема прямого пуска
синхронного двигателя низкого напряжения с глухопод-
14*	419

ключенным возбудителем, насаженным на вал синхронного
двигателя, показана на рис. 10.22. Пуск двигателя сво-
дится к включению линейного контактора КЛ. Возбужде-
ние возбудителя, как известно, может произойти при не-
которой критической угловой скорости, после чего повы-
шение тока возбуждения про-
исходит автоматически по ме-
ре роста угловой скорости.
В большинстве случаев кри-
тическая угловая скорость
составляет около 0,75 синх-
ронной. Поэтому сопротивле-
ние резистора R в цепи воз-
Рис. 10.22. Упрощенная принци-
пиальная схема прямого пуска
синхронного двигателя с глухопод-
ключеииым возбудителем.
буждения возбудителя подбирается так, чтобы возбуждение
начиналось при угловой скорости, близкой к синхронной,
что приводит к значительному уменьшению толчков тока
Рис. 10.23. Схема управления пуском синхронного двигателя в функ-
ции тока статора при возбудителе, подключенном через разрядный ре-
зистор.
в статоре при синхронизации. Для форсирования возбуж-
дения двигателя при снижении напряжения сети исполь-
зуются реле минимального напряжения РФ и контактор
420
КФ, контакт которого шунтирует резистор R. При восста-
новлении напряжения сети контактор КФ отключает; я
размыкающим контактом реле РФ.
При более тяжелых условиях пуска управление пода-
чей возбуждения осуществляется в функции тока статора
(рис. 10.23), а разрядный резистор R1 подключается после-
довательно с обмоткой возбуждения двигателя и возбуди-
телем. Пуск производится нажатием кнопки КнП, вклю-
чается контактор КЛ, и статор двигателя присоединяется
к сети; одновременно токовое реле РПВ получает питание
от трансформатора тока ТТ и размыкает свой размыкаю-
щий контакт в цепи катушки контактора КВ, а замыкаю-
щим контактом включает реле РБ. Это реле замыкает свои
контакты и становится на самопитание. Назначение реле
РБ — предотвратить включение контактора КВ (за счет
времени срабатывания РБ) при подключении двигателя
к сети, пока реле РПВ еще не успело включиться. При асин-
хронном пуске около подсинхронной угловой скорости ток
статора резко уменьшается, и реле РПВ замыкает свой кон-
такт, включая катушку контактора КВ, контакты которого
шунтируют разрядный резистор и катушку реле РПВ.
Последнее необходимо, чтобы предотвратить срабатывание
реле РПВ от броска тока статора при вхождении двигателя
в синхронизм.
10.7.	Применение бесконтактных аппаратов
и логических элементов в схемах
управления электроприводами
Выше были рассмотрены принципы автоматического
управления (пуск и торможение) электроприводами посредством ре-
лейно-контактных аппаратов (электромеханические и электромагнитные
реле времени, контакторы, кнопки управления и т. п.), в которых под-
вижные части подвержены износу, а долговечность зависит от нагрузки
и частоты включения.
Контактные аппараты нуждаются в систематическом уходе, регу-
лировке и недостаточно надежны в работе; чем больше число релейно-
контактных элементов в схеме управления, тем менее надежна такая
схема.
Для повышения надежности работы автоматически управляемых
электроприводов в ряде случаев находят применение бесконтактные
аппараты, которые, так же как и релейно-контактные, представляют
собой аппараты дискретного действия. Поэтому построение систем
управления со статическими бесконтактными аппаратами подчиняется
тем же логическим законам, что и структура релейно-контактных систем.
Бесконтактные аппараты отличаются отсутствием контактов и
быстроизнашивающихся механических частей; большим сроком служ-
бы, не зависящим от нагрузки; нечувствительностью к влиянию окру-
421
кающей среды (пыль, влага, химически активные газы); высоким быст-
родействием; отсутствием необходимости в постоянном уходе и регу-
лировке; компактностью блоков с элементами. Бесконтактные логичес-
кие элементы изготовляются как модули, не подлежащие ремонту.
В настоящее время основной элементной базой для построения
отдельных логических модулей, матричной логики (сборки логических
и вспомогательных устройств, программируемых командоконтроллеров
и т. п.) являются интегральные полупроводниковые микросхемы, имею-
щие очень малые габариты и очень высокую надежность. Наметилась
тенденция к широкому использованию бесконтактных логических уст-
ройств взамен релейно-контактных даже в случае относительно простых
схем и при небольшом числе срабатываний, что связано с экономическим
преимуществом в области проектирования, производства и эксплуата-
ции логических схем управления для металлорежущих и других про-
мышленных механизмов.
Следует отметить, что бесконтактные логические элементы заменяют
собой только реле, выполняющие логические функции. Исполнительные
аппараты — сильноточные реле, контакторы, производящие коммута-
ции силовых цепей электропривода, обычно остаются контактными.
Лишь в редких случаях используются силовые бесконтактые аппара-
ты — транзисторные, тиристорные и симисторные ключи, — они пока
еще очень дороги. Бесконтактные логические устройства, являясь сла-
боточными элементами, применяются в сочетании с согласующими вход-
ными, выходными (усилительными) и исполнительными устройствами.
Для работы логических устройств требуютси еще источники питания
низкого, сглаженного и хорошо стабилизированного постоянного напря-
жения.
Основные логические элементы и их релейные эквиваленты приве-
дены на рис. 10.24. Так как реле находятся лишь в двух положениях —
включено или выключено, что может соответствовать логическим поня-
тиям «да» или «нет», то удобно состояния входных и выходных цепей реле
описывать цифрами 1 и 0. Для контактных реле цифра 1 означает, что
цепь замкнута, цифра 0 — цепь разомкнута. Аналогично для бескон-
тактных логических элементов наличие напряжения на входе или на
выходе его принято обозначать 1, а его отсутствие — цифрой 0. Если
контактное реле имеет размыкающий контакт и при этом катушка обес-
точена, то входной сигнал равен 0, контакт реле замкнут — сигнал на
выходе равен 1. При подаче напряжения на катушку сигнал на входе
равен 1, реле размыкает свой контакт — сигнал на выходе равен 0.
Реле в данном случае реализует логическую операцию НЕ (отрицание,
инверсия). Такой логический элемент обычно называется инвертором.
В случае наличия замыкающего контакта при подаче питания на
катушку реле оно выполняет логическую операцию «повторение», а
логический элемент называется повторителем.
Если катушка реле включается двумя последовательно включенны-
ми замыкающими контактами и имеет замыкающий контакт, то оно сра-
ботает (сигнал на выходе будет равен 1) только, когда оба контакта
в цепи катушки будут замкнуты (на обоих входах по 1). Это соответст-
вует логической операции И (конъюнкция), выполняемой логическим
элементом И. В случае размыкающего контакта у реле оно выполняет
логическую операцию И — НЕ (штрих Шеффера).
При управлении катушкой реле посредством двух параллельно
включенных замыкающих контактов реле соответственно будет выпол-
нять .в зависимости от вида его контакта логические операции ИЛИ
(дизъюнкция) и ИЛИ — НЕ (стрелка Пирса).
422
Обычно состояние на выходе логического элемента в зависимости
от состояния входов характеризуют таблицы истинности (рис. 10.24).
Количество входов у логических элементов может быть большим (до
восьми у интегральных микросхем).
Серин интегральных микросхем, помимо разнообразных логических
элементов, содержат еще элементы памяти — триггеры и ряд функцио-
нальных элементов. Серии бесконтактных управляющих элементов
включают еще элементы выдержки (задержки) времени, согласующие
входные и усилительные выходные элементы.
Функция
Таблица.
истинности
Логический елемснт
Релейный экМалент
Рис. 10.24. Основные логические элементы.

Логические функции могут быть записаны в виде алгебраических
формул (рис. 10.24), над которыми по определенным правилам можно
производить преобразования. На этом основан один из способов проек-
тирования логических схем управления. Другим методом проектирова-
ния схем на бесконтактных логических элементах является перевод
предварительно составленной релейно-контактной схемы в бесконтакт-
ный аналог путем замены сочетаний контакторов и катушек реле эк-
вивалентными логическими элементами (рис. 10.24). Второй путь проще,
если схема не очень сложна. Первый — обеспечивает прямое решение
задачи посредством использования правил алгебры логики, дающих
рациональные схемные решения с наименьшим числом бесконтактных
аппаратов.
Рассмотрим в качестве примера простейшую схему включения и
отключения катушки контактора (электромагнитной муфты, тормоза и
т. п.), релейный вариант которой приведен на рис. 10.25, а. При изоб-
ражении схем управления с бесконтактными логическими элементами
указывают только логические функции и связи между элементами.
423
В бесконтактной схеме на рис. 10.25, б на входах 1 и 2 элемента ЛЭ 1
в исходном состоянии (до нажатия кнопки КнП) сигнал 0, поэтому на
вход 3 элемента ЛЭ2 поступает 1, а на выходе 5 элемента ЛЭ2 — сигнал
0; напряжение на выходе усилителя У и на катушке контактора К
близко к 0. Нажатием кнопки КнП подается на вход 1 элемента ЛЭ1
сигнал 1, на входе 3 элемента ЛЭ2 соответственно устанавливается
сигнал 0, на выходе 5 — 1, этот сигнал поступает на вход усилителя У
и вход 2 элемента ЛЭ1, контактор К включается и остается включенным
и после отпускания кнопки КнП, так как на входе 2 элемента ЛЭ1
сохраняется сигнал 1, т. е. произошло запоминание команды «пуск»,
Рис. 10.25. Схема включения контактора.
а — релейно-контактный вариант; б — бесконтактный аналог на элементах
ИЛИ—НЕ.
При нажатнн кнопки КнС подается 1 на вход 4 элемента ЛЭ2,
что приводит к появлению 0 на его выходе 5 и на входе 2 элемента ЛЭ1,
Контактор К отключается. Схема приходит в исходное состояние и пос-
ле отпускания кнопки КнС сохраняет его, так как на входы 1 и 2 эле-
мента ЛЭ1 поступают сигналы 0.
Элементы ЛЭ1 и ЛЭ2 (ИЛИ — НЕ), соединенные по схеме на
рис. 10.25, б, образуют типовой элемент «Память». Сигнал 1 на входе 1
этого составного элемента соответствует включению «Памяти», сигнал 1
на входе 4 — отключению ее. Функция «Памяти» чаще реализуется
посредством типового элемента триггера. Комплектованием соответ-
ствующих логических элементов может быть составлена практически
любая более или менее сложная схема бесконтактного управления
электроприводом.
ГЛАВА ОДИННАДЦАТАЯ
ТИПОВЫЕ СХЕМЫ РАЗОМКНУТЫХ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ
11.1.	Общие положения
Рассмотренные ранее'типовые узлы схем ра-
зомкнутых систем управления приводами постоянного и
переменного тока дают возможность" изучить типовые
схемы, отвечающие основным техническим требованиям,
предъявляемым к сравнительно простым объектам, когда
возможно дискретное управление ими.
424
Вначале рассмотрим некоторые типовые схемы, нашед-
шие практическое применение для пуска, реверсирования
и различных способов торможения односкоростного и двух-
скоростного асинхронных двигателей с короткозамкнутым
ротором. Потом — более сложные схемы управления асин-
хронным двигателем с короткозамкнутым ротором с тири-
сторным коммутатором напряжения, асинхронным двига-
телем с фазным ротором, а также синхронным двигателем.
Далее рассматриваются схемы управления двигателями по-
стоянного тока независимого и последовательного возбуж-
дения и типовые схемы релейно-контактного управления
электроприводами некоторых производственных механиз-
мов. В схемах приведены различные способы защиты двига-
телей от перегрузки и короткого замыкания, от резкого сни-
жения питающего напряжения и др. -
11.2.	Управление пуском, торможением и
реверсированием асинхронных
двигателей с короткозамкнутым
ротором
Для управления асинхронными двигателями
широко используются релейно-контактные аппараты. Пуск
асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором не-
большой мощности осуществляется обычно при помощи маг-
нитных пускателей. Магнитный пускатель состоит из кон-
тактора переменного тока и встроенных в него двух тепло-
вых реле.
Простейшая схема управления асинхронным двигателем
с короткозамкнутым ротором посредством магнитного
пускателя показана на рис. 11.1. Схема предусматривает
питание силовых цепей и управления от источника одного
и того же напряжения. Однако в целях повышения надеж-
ности работы релейных и контактных аппаратов, большей
частью рассчитанных на низкое напряжение, а также в це-
лях повышения безопасности эксплуатации часто приме-
няются схемы, предусматривающие питание цепей управле-
ния от источника пониженного напряжения.
Если выключатель В включен, то для пуска двигателя
достаточно нажать кнопку КнП. При этом получает пита-
ние катушка контактора ДЛ, замыкаются главные контакты
в силовой цепи, и статор двигателя присоединяется к сети.
Одновременно в цепи управления закрывается замыкаю-
щий вспомогательный контакт КЛ, блокирующий кнопку
425
КнП, после чего эту кнопку не нужно больше удерживать
в нажатом состоянии, так как цепь катушки контактора КЛ
остается замкнутой. Кнопка за счет действия пружины воз-
вращается в исходное положение.
Нажатием кнопки КнС двигатель отключается от сети.
При этом катушка контактора КЛ теряет питание и замы-
кающие контакты его размыкают цепь статора.
Рис. 11.1. Схема управления асинхронным двигателем с короткозамк-
нутым ротором посредством магнитного пускателя.
В схеме на рис. 11.1 предусмотрена защита двигателя
плавкими предохранителями от коротких замыканий и теп-
ловыми реле РТ от перегрузки. Кроме того, в этой схеме
осуществляется так называемая нулевая защита, которая
при исчезновении или значительном снижении напряже-
ния в сети отключает двигатель от сети. После восстанов-
ления нормального напряжения самопроизвольного пуска
двигателя не произойдет.
Более четкая защита от снижения или исчезновения на-
пряжения может быть выполнена при помощи реле мини-
мального напряжения, катушка которого присоединяется
к двум фазам силовой цепи, а его замыкающий контакт вклю-
чен последовательно с катушкой контактора. В этих схемах
вместо устанавливаемых ранее на вводе рубильников с пре-
дохранителями применяют автоматы.
На рис. П.2 показана схема управления асинхронным
двигателем с короткозамкнутым ротором с использованием
426
воздушного автоматического выключателя и контактора.
Преимущества автоматического выключателя заключаются
в том, что исключается возможность обрыва одной фазы от
срабатывания защиты при однофазном коротком замыка-
нии, как это имело место при установке предохранителей;
не требуется замены элементов, как в предохранителях
при сгорании их плавкой вставки.
Автоматические выключатели в зависимости от их типа
имеют либо электромагнитные расцепители мгновенного
Рис. 11.2. Схема управления асинхронным двигателем с короткозамк-
нутым ротором с использованием автоматического воздушного выклю-
чателя и контактора.
действия, либо тепловые, либо электромагнитные и тепло-
вые. В схемах управления электроприводами использу-
ются автоматы с электромагнитными расцепителями и рас-
цепителями электромагнитным и тепловым.
Электромагнитные расцепители имеют нерегулируемую
отсечку, равную 10-кратному номинальному току, и служат
для защиты от токов короткого замыкания. Тепловые рас-
цепители имеют обратнозависимую характеристику времени
от тока; например, расцепитель с номинальным током 50 А
срабатывает при 1,5-кратной нагрузке через 1 ч, а при
4-кратной — через 20 с. Такие тепловые расцепители не
могут защитить двигатель от перегрева при перегрузках
на 20—30 %, но они могут в некоторой степени защитить
двигатель и питающие его провода от перегрева пусковым
током при застопоривании механизма. Поэтому при продол-
жительном режиме работы для осуществления надежной
427
защиты двигателей от длительных перегрузок в случае
автомата с тепловым расцепителем такого типа применяются
дополнительные тепловые реле, как и при использовании
автоматического выключателя, только с электромагнитным
расцепителем. Некоторые выключатели, например АП 50,
могут защитить двигатель и от токов короткого замыкания
и перегрузок. В этом случае надобность в тепловых реле
отпадает. Следует отметить, что тепловая защита одновре-
менно является и защитой двигателей от обрыва одной
фазы. Подобные схемы применяются для управления нере-
версивными электроприводами таких механизмов, как вен-
тиляторы, насосы, металлообрабатывающие станки и т. п.
В тех случаях, когда необходимо изменять направление
вращения, например при работе привода задвижек на тру-
бопроводах, привода рольгангов прокатных станов, меха-
низмов подачи станков и т. п., управление двигателями
может быть осуществлено при помощи реверсивного магнит-
ного пускателя (рис. 11.3).
Включение двигателя для одного направления враще-
ния производится нажатием кнопки КнПВ. Катушка кон-
тактора КВ получает питание, и замыкающие главные кон-
такты КВ присоединяют двигатель к сети.
Для включения двигателя на противоположное направ-
ление вращения необходимо нажать кнопку КнС, а затем
428
КнПН, что приводит к отключению контактора КВ и вклю-
чению контактора КН. При этом, как видно из схемы, две
фазы на статоре переключаются.
Во избежание короткого замыкания в цепи статора вслед-
ствие ошибочного одновременного нажатия на обе кнопки
+
Рис. 11.4. Схема управления реверсивным электроприводом с асинх-
ронным двигателем с короткозамкнутым ротором.
{КнПВ и КнПН) реверсивные магнитные пускатели снаб-
жены механической блокировкой, осуществляемой рычаж-
ной системой (на схеме не показана), препятствующей втя-
гиванию одного контактора, если включен другой. Для
большей надежности, кроме механической блокировки в схе-
ме (рис, 11.3), предусмотрена электрическая блокировка
с помощью размыкающих вспомогательных контактов КВ
и КН, что также исключает возможность одновременного
включения контакторов КВ и КН.
Совмещение электрической и механической блокировок
делает схему вполне надежной в эксплуатации.
Аналогичная схема управления реверсивным электропри-
водом с асинхронным двигателем с короткозамкнутым ро-
429
тором посредством командоконтроллера приведена на
рис. 11.4.
Управление двигателем производится командоконтрол-
лером /С/С, имеющим три положения. В этой схеме интерес
представляет действие защиты. Для двигателей, работаю-
щих в повторно-кратковременном режиме (например, в про-
катных цехах), тепловые реле не используют, но применяют
защиту от перегрева двигателей при стопорении и от пере-
грузки по току примерно на 100—200 %. Защита выпол-
няется так, как показано на рис. 11.4, с помощью электро-
магнитного максимального реле РМ и реле времени РВМ.
Реле РМ настраивается на надежное втягивание от пуско-
вого тока или от тока допустимой перегрузки и на отпада-
ние при снижении тока двигателя до тока нагрузки. Реле
РВМ обычно настраивается на 1,5—2 с. При каждом пу-
ске втягивается реле РМ и отключает катушку реле РВМ,
которое размыкает свой замыкающий контакт и отключает
катушку реле напряжения РН1 только в том случае, если
двигатель не идет в ход (или время перегрузки превышает
уставку реле РВМ) и контакты реле РМ не замыкаются.
Нескольких повторных включений двигателя может быть
достаточно для того, чтобы тронуть механизм с места, если,
например, стопорение произошло из-за того, что застыла
смазка. Стопорение механизмов получается также при за-
клинивании прокатываемых металлов.
Применение электромагнитных реле РМ и РВМ дает
преимущество по сравнению с тепловыми реле в том, что
двигатель отключается при стопорении всего через 1,5—2 с
и даже не успевает перегреться, тогда как в случае срабаты-
вания тепловых реле потребовалось бы несколько минут
для возможности повторного включения двигателя, что
в ряде случаев недопустимо. Кроме того, тепловая защита
от перегрузок двигателей, работающих в повторно-кратко-
временном режиме, почти невозможна из-за различного
теплового режима (разные постоянные времени нагрева)
двигателя и теплового реле.
Представляют интерес в схеме нулевая защита и за-
щита от самозапуска, осуществляемая с помощью реле мини-
мального напряжения РН1 и РН2. Реле РН2, кроме того,
еще отключает схему управления, работающую на постоян-
ном токе, при срабатывании автоматического выключа-
теля В А.
Схема управления двухскоростным асинхронным двига-
телем с короткозамкнутым ротором приведена на рис. 11.5.
430
Привод может иметь две скорости: одна из них получается
при соединении обмоток статора в треугольник, что осу-
ществляется нажатием кнопки и включением контак-
тора КМ, другая — при соединении обмоток в двойную
звезду. Последнее выполняется нажатием кнопки КнБ и
включением контактора КБ. После предварительного сое-
динения обмоток статора производится пуск двигателя при
помощи контакторов КВ или КН в одном или другом на-
правлении. Включение контакторов КВ и КН осуществля-
ется соответственно нажатием кнопки КнПВ или КнПН,
Рис. 11.5. Схема управления двухскоростным асинхронным двигате-
лем с короткозамкнутым ротором.
Применение двухцепных кнопок позволяет осуществить
дополнительную электрическую блокировку, исключаю-
щую одновременное включение контакторов КВ и КН,
а также КМ и КБ.
В приведенной схеме управления предусмотрена возмож-
ность переключения с одной скорости на другую при враще-
нии двигателя в одном или другом направлении.
Для управления торможением асинхронных короткозам-
кнутых двигателей применяются различные схемы. Как
указывалось, в приводах с асинхронными двигателями при-
меняются динамическое торможение и торможение проти-
вовключением.
На рис. 11.6 показана принципиальная схема управле-
ния асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором
431
с использованием динамического торможения. При включе-
нии двигателя в сеть переменного тока возбуждается реле
времени РДТ, если от источника постоянного тока подано
напряжение. В этом случае замыкающий контакт реле РДТ
будет замкнут. Очевидно, контактор торможения КТ при
этом не включен,так как размыкающий вспомогательный
контакт контактора КЛ будет разомкнут. Выключение
двигателя осуществляется нажатием кнопки КнС; контак-
тор КЛ теряет питание, и его размыкающий контакт КЛ
закрывается, что приводит
к включению контактора
КТ, главные контакты ко-
торого присоединяют об-
мотку статора двигателя
на время динамического
торможения к сети посто-
янного тока.
Рис. 11.6. Схема управления
асинхронным двигателем с ко-
роткозамкнутым ротором с ис-
пользованием динамического
торможения.
При отключении контактора КЛ катушка реле динами-
ческого торможения РДТ теряет питание, однако замыкаю-
щий контакт РДТ, будучи ранее замкнутым, разомкнется
с выдержкой времени, которая несколько превышает дли-
тельность торможения двигателя. По истечении установлен-
ной выдержки времени статор двигателя автоматически
отключается от источника постоянного тока, и система
управления приходит в исходное положение.
Во избежание случайного одновременного включения
контакторов КЛ и КТ катушки этих контакторов взаимно
сблокированы размыкающими вспомогательными контак-
тами КЛ и КТ.
Для ограничения постоянного тока служит дополни-
тельный резистор 7?т. Защита цепи постоянного тока от ко-
роткого замыкания осуществляется плавкими предохрани-
телями.
Более простая схема управления получается при тор-
можении противовключением (рис. 11.7). Для торможения
противовключением используется реле контроля скорости
432
РКС, механически связанное с валом двигателя; его замы-
кающий контакт при определенной угловой скорости дви-
гателя закрывается. При неподвижном роторе двигателя и
небольшой угловой скорости (около 10—15 % номиналь-
ной) контакт реле разомкнут.
Нажатием кнопки КнП включается контактор КЛ и
двигатель пускается в ход. Размыкающий вспомогатель-
ный контакт КЛ разрывает цепь питания катушки контак-
тора КТ, и поэтому, несмотря на то, что контакты реле
Рис. 11.7. Схема управления асинхронным двигателем с короткозамк-
нутым ротором с использованием торможения противовключением.
РКС при вращении ротора двигателя замкнуты, контактор
КТ не включается.
Отключение двигателя производится нажатием кнопки
КнС. При этом замыкается размыкающий вспомогательный
контакт КЛ. Так как контакт реле РКС замкнут, то контак-
тор КТ получит питание, и статор двигателя будет присоеди-
нен к сети. Из схемы видно, что при включении контактора
КТ две фазы переключаются и порядок чередования фаз
изменяется по сравнению с тем, когда был включен контак-
тор КЛ. При этом происходит торможение противовклю-
чением.
При угловой скорости, близкой к 0, реле РКС размы-
кает свой контакт, катушка контактора КТ теряет питание
и двигатель автоматически отключается от сети.
433
11.3.	Тиристорное управление асинхронным
двигателем с короткозамкнутым
ротором
В типовой схеме разомкнутого управления
асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором в ка-
честве силовых элементов, включенных в статорную цепь
двигателя, используются тиристоры в сочетании с релейно-
контактными аппаратами в цепи управления. Тиристоры
по существу выполняют роль силовых коммутаторов и,
кроме того, легко позволяют осуществить необходимый
темп изменения напряжения на статоре двигателя путем
регулирования угла включения тиристоров.
При непрерывном изменении угла включения тиристо-
ров в процессе пуска так, чтобы приложенное напряжение
к статору изменялось от 0 до номинального значения, можно
ограничить токи и моменты двигателя.
Эффективное динамическое торможение имеет место
в схемах с демпфирующими контурами. Добавление одного
шунтирующего тиристора, замыкающего цепь тока между
двумя фазами, приводит к увеличению постоянной состав-
ляющей тока, что создает достаточный тормозной момент
в области высокой угловой скорости.
На рис. 11.8 приведена простая типовая схема комплект-
ного устройства, состоящего в силовой части из группы
включенных встречно-параллельно тиристоров VI — V4
в фазах А и С и одного короткозамыкающего тиристора
между фазами А и В — V5, для управления асинхронным
двигателем М. Схема включает блок управления тиристо-
рами БУ и релейно-контактный узел управления.
При нажатии кнопки КнП включаются реле РП1 и
РП2, на управляющие электроды тиристоров VI— V4 по-
даются импульсы, сдвинутые на 60° относительно питаю-
щего напряжения. К статору двигателя прикладывается
пониженное напряжение, в связи с чем снижается пусковой
ток и уменьшается пусковой момент. Двигатель начинает
разгоняться. Размыкающий контакт реле РП1 отключает
реле РПН с выдержкой времени, определяемой резистором
R7 и конденсатором С4. Размыкающими контактами реле
РПН шунтируются соответствующие резисторы в блоке
управления тиристорами БУ, и к статору прикладывается
полное напряжение сети.
При нажатии кнопки КнС теряет питание релейная схема
управления, тиристоры VI— V4 отключаются, и напряже-
434
ние со статора двигателя снимается; включается за счет
энергии, запасенной конденсатором С5, на время тормо-
жения реле РКТ, которое своими контактами включает
тиристоры V2 и V5. Через фазы А и В обмотки статора дви-
гателя протекает ток однополупериодного выпрямления,
обеспечивающий эффективное динамическое торможение.
Этот ток регулируется резисторами R1 и R3.
Рис. 11.8. Схема тиристорного управления пуском и торможением
асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
В схеме предусмотрен шаговый режим, выполняемый на-
жатием кнопки КнШ; при этом включаются реле РШ1
и тиристоры V2 и V5. В этом случае по фазам А и В обмотки
статора двигателя протекает ток однополупериодного вы-
прямления. При отпускании кнопки К.нШ выключаются
реле РШ1 и тиристоры V2 и V5, включаются на короткое
время за счет энергии, запасенной в конденсаторе С6,
реле РШ2 и тиристор V3, и ротор двигателя совершает шаг
(поворачивается на некоторый угол вследствие поворота
примерно на такой же угол результирующего вектора по-
тока статора). Размер шага не строго фиксирован и зависит
от напряжения сети, момента статической нагрузки, мо-
мента инерции привода и от среднего значения выпрям-
ленного тока.
435
Переход на шаговый режим работы двигателя возможен
только после осуществления динамического торможения и
остановки, так как реле РШ1 первоначально можно вклю-
чить только после замыкания размыкающих контактов
Р П1 и РКТ.
11.4.	Управление асинхронными
двигателями с фазным ротором
На рис. 11.9 приведена схема управления асин-
хронным двигателем с фазным ротором, в цепь которого
введен пусковой резистор. Управление двигателем осуще-
ствляется с помощью кнопок КнП и КнС. Пуск осущест-
вляется в функции времени с помощью электромагнитных
реле времени, включенных через вентиль V.
Рис. 11.9. Схема управления пуском асинхронного двигателя с фаз-
ным ротором в функции времени.
Для защиты цепей двигателя от коротких замыканий
служат максимальные реле РМ1, РМ2 и РМЗ, от пере-
грузки — тепловые реле РТ, нагревательные элементы
которых включены через трансформаторы тока ТТ1 и ТТ2.
Цепи управления включены через автоматический выклю-
чатель, имеющий максимальную токовую защиту.
436
Подготовка схемы к пуску двигателя осуществляется
подачей напряжения переменного тока: включаются выклю-
чатели В и ВА. При этом после включения В А получит
питание реле РУ] и замыкающие контакты его закроются —
подготавливается цепь включения РУ2 и КЛ; размыкаю-
щий контакт РУ] разомкнется и выключит цепь катушек
контакторов ускорения КУ1, КУ2 и КУЗ.
Если нажать кнопку КнП, то через замкнувшийся кон-,
такт РУ] включится контактор КЛ, и будет подано напря-
жение на обмотку статора двигателя М; в обмотку ротора
при этом включены все пусковые резисторы — начинается
пуск привода на первой реостатной характеристике. При
включении контактора КЛ один из его замыкающих вспомо-
гательных контактов шунтирует кнопку КнП, и отпадает
необходимость длительно удерживать ее в нажатом состоя-
нии, а другой замыкающий — подает питание на цепь кату-
шек реле ускорения РУ2 и РУЗ. Размыкающий вспомога;
тельный контакт КЛ отключит цепь реле РУР, так как оно
отпускает якорь с выдержкой времени при отключении ее
катушки, то РУ2 сразу не выключится и его размыкающий
контакт РУ2 будет открыт. Следует отметить, что размы-
кающий контакт РУ] остается еще открытым; по истече-
нии выдержки времени реле РУ] его замыкающий контакт
откроется, а размыкающий — закроется. В результате этих
переключений в схеме управления включится контактор
КУ], и будет шунтирована первая пусковая ступень рези-
стора—двигатель с первой (реостатной) характеристики
перейдет на вторую, разгоняясь до большей угловой ско-
рости.' Кроме того, выключится реле времени РУ2, и его
размыкающий контакт с выдержкой времени замкнет цепь
катушки контактора КУ2 — шунтируется вторая пусковая
ступень резистора — двигатель переходит на третью ре-
остатную характеристику. Наконец, после размыкания
с выдержкой времени замыкающего контакта РУ2 выклю-
чится реле РУЗ — с выдержкой времени, на которое
настроено реле РУЗ (соответственно времени пуска дви-
гателя на последней реостатной характеристике), замк-'
нется его контакт РУЗ, и включится контактор КУЗ,
обмотка ротора М окажется замкнутой накоротко, и дви-
гатель начнет разгоняться в соответствии с его естествен-
ной характеристикой. Этим заканчивается ступенчатый
пуск асинхронного двигателя, контролируемый в функ-
ции времени электромагнитными реле времени РУ1, РУ2,
РУЗ.
437
Остановка двигателя производится нажатием кнопки
КнС. Рассмотренная схема может быть использована для
привода механизмов, не требующих изменения направле-
ния вращения, длительность торможения которых после
отключения двигателя не имеет существенного значения.
В тех случаях, когда требуется реверсирование асин-
хронного двигателя с фазным ротором и интенсивное прину-
дительное торможение его, может быть использовано вклю-
чение двигателя по схеме, приведенной на рис. 11.10.
Рис. 11.10. Схема управления реверсивным электроприводом с асин-
хронным двигателем с фазным ротором.
Пуск двигателя в одном и противоположном направле-
ниях осуществляется в функции времени. Торможение дви-
гателя при реверсировании осуществляется противовклю-
чением в функции ЭДС.
Подготовка двигателя к пуску заключается в подаче
напряжения переменного тока в силовую цепь включением
выключателя В и включением автомата ВА в цепи управле-
ния, подключающего аппараты управления к источнику
постоянно! о тока. При этом в исходном (нулевом) положе-
нии командоконтроллера КК получают питание реле на-
пряжения PH и реле ускорения РУ1 и РУ2 — дополни-
тельно отключаются цепи контакторов ускорения КУ/
и КУ2.
438
Для пуска двигателя в одном направлении необходимо
повернуть рукоятку командоконтроллера в одно из поло-
жений, например Вперед. В этом случае будут включены
контакторы КЛ, КВ и реле РБ.
В неподвижном состоянии ротора двигателя напряжение
на реле РП недостаточно для его срабатывания, поэтому
его размыкающий контакт замкнут и контактор КП вклю-
чится. Пуск двигателя из неподвижного состояния ротора
произойдет при шунтированной ступени противовключе-
ния, когда к обмотке ротора подключены только пусковые
(две) ступени резистора. Двигатель разгоняется в соответ-
ствии с реостатной характеристикой, обусловленной пол-
ным пусковым сопротивлением резистора в течение времени,
определяемом выдержкой времени реле РУ/, которое в мо-
мент подачи напряжения на статор отключилось размыкаю-
щим контактом КЛ. Когда контакт реле РУ1 замкнется,
включится контактор КУ1 — шунтируется первая пуско-
вая ступень резистора, затем с выдержкой времени вклю-
чится КУ2, двигатель будет работать на естественной ха-
рактеристике.
Реверсирование двигателя производится путем перевода
командоконтроллера из положения Вперед в положение
Назад. Во время прохождения командоконтроллера через
нулевое положение система управления возвращается в ис-
ходное состояние. Переход на положение Назад сопровож-
дается включением контакторов КЛ и КН, которые изменяют
чередование фаз на статоре двигателя. При этом возникает
режим противовключения, так как ротор двигателя продол-
жает еще вращаться по инерции в прежнем направлении.
После включения контактора КН и реле РБ контактор
КП не включается, так как в начале торможения напряже-
ние на кольцах достаточно велико — РП срабатывает, и
его контакт размыкается. Поэтому при торможении в цепи
ротора будут включены и пусковой резистор, и ступень
противовключения.
При переводе рукоятки командоконтроллера в положе-
ние Назад реле противовключения РП только тогда зам-
кнет свой размыкающий контакт и обеспечит включение
контактора КП, а затем и контакторов ускорения, когда
напряжение в роторе спадет до значения, соответствующего
напряжению в начале пуска; это произойдет при угловой
скорости двигателя, близкой к 0. Затем последовательно
включаются аппараты управления, порядок работы которых
был изложен выше.
439
Реле блокировки РБ создает некоторую выдержку вре-
мени до включения контактора Д77, необходимую для того,
чтобы реле РП в начале торможения успело открыть свой
размыкающий контакт. При отсутствии такой выдержки
времени контактор КП может включиться раньше срабаты-
вания реле РП, что приведет к возникновению тока аварий-
ного значения и отключению двигателя защитой.
Рие. 11.11. Схема управления асинхронным двигателем с фазным ро-
тором в функции тока.
В данной схеме предусмотрена максимальная защита
двигателя (реле РМ1 — РМЗ), а также защита от.чрезмер-
ного снижения напряжения, осуществляемая реле PH (при
этом предполагается, что цепи управления получают пита-
ние через выпрямитель, подсоединенный к силовой цепи
двигателя после выключателя В). Цепи управления защи-
щены автоматом с максимальной защитой.
Схема управления асинхронным двигателем с фазным
ротором в функции тока приведена на рис. 11.11. Напряже-
ние к статору двигателя подводится через линейные кон-
такты контактора КЛ.
В цепь ротора двигателя введены пусковые резисторы,
шунтируемые при пуске соответствующими контакторами
440
ускорения. Кроме того, в цепь ротора включены катушки
токовых реле ускорения.
Настройка реле ускорения РУ1, РУ2 и РУЗ должна быть
произведена таким образом, чтобы токи, при которых соот-
ветствующие реле отключаются, удовлетворяли следую-
щему неравенству:
1рУ1> IРУЗ > IРУз-
Для пуска двигателя нажатием кнопки КнП включается
контактор КЛ, который блокирует пусковую кнопку и по-
дает питание на статор двигателя. Через блокировочный
контакт КЛ получает питание реле РБ, контакт которого
замыкается и присоединяет цепь катушек контакторов уско-
рения. Однако контакторы ускорения не включаются, так
как размыкающий контакт РУ1 будет открыт до тех пор,
пока пусковой ток в цепи ротора не спадет до значения,
соответствующего уставке отпускания реле РУ1. После того
как контакт РУ1 закроется, сработает контактор ускоре-
ния КУ1 и зашунтирует своими силовыми контактами пер-
вую ступень резисторов в цепи ротора. Аналогично будут
работать реле ускорения РУ2 и РУЗ при меньших устав-
ках тока, и соответственно будут включаться контакторы
ускорения КУ2 и КУЗ, которые шунтируют вторую и третью
ступени резисторов в цепи ротора, после чего двигатель бу-
дет работать с полной угловой скоростью на естественной
характеристике.
В схеме управления предусмотрено шунтирование раз-
мыкающих контактов реле ускорения вспомогательными
контактами КУ1, КУ2 и КУЗ, что вызвано возможностью
вибраций контактов реле ускорения при значениях токов
в катушках реле, близких к токам уставки.
Реле блокировки РБ создает некоторую выдержку вре-
мени, необходимую для того, чтобы ток в цепи ротора достиг
значения, при котором реле ускорения РУ1, РУ2, РУЗ
открыли бы свои размыкающие контакты.
11.5.	Управление синхронными двигателями
Синхронные двигатели получили широкое при-
менение в промышленности в большинстве случаев для при-
вода механизмов, работающих с постоянной скоростью.
Однако в настоящее время в связи с возможностью исполь-
зования преобразовательной техники разрабатываются у нас
и за рубежом регулируемые приводы с синхронными дви-
441
гателями. Типовые схемы управления регулируемыми при-
водами с синхронными двигателями и область их приме-
нения приводятся ниже.
К механизмам, которые приводятся синхронными дви-
гателями, работающими с постоянной скоростью, можно
отнести насосы, компрессоры, воздуходувки, двигатели
преобразовательных установок прокатных станов и т. п.
Широкое применение синхронных двигателей объясня-
ется их высокой перегрузочной способностью, меньшим
влиянием колебаний напряжения сети на максимальный
момент, а также возможностью использования их для улуч-
шения коэффициента мощности предприятия. Синхронные
двигатели для указанных выше механизмов изготавли-
ваются обычно на высокое напряжение, имеют большую
мощность, вследствие чего существенным является вопрос
о способе их пуска. В современных мощных электрических
системах синхронные двигатели часто включаются непо-
средственно на полное напряжение сети. В этом случае зна-
чительно упрощается схема управления и повышается
надежность работы электропривода.
Схема прямого пуска синхронного двигателя с глухопод-
ключенным возбудителем является простейшей и может
быть осуществлена в том случае, когда пусковые токи его
при подключении к сети не вызывают в ней падения напря-
жения сверх допустимого и момент статической нагрузки
Мг < 0,4М11Ом.
На рис. 11.12 показана упрощенная схема прямого пуска
синхронного высоковольтного двигателя с глухоподключен-
ным возбудителем, расположенным на одном валу с ним.
Для упрощения силовая часть схемы показана в однолиней-
ном изображении. Пуск синхронного двигателя произво-
дится одним командным импульсом, воздействующим на
масляный выключатель В1, который подключает статор
двигателя к питающей сети (схема включения катушек
масляного выключателя на рис. 11.12 не показана).
Если напряжение сети близко к номинальному, то при
пуске двигателя до угловой скорости, близкой к синхрон-
ной, напряжение на выводах возбудителя В окажется доста-
точным и ток, проходящий через обмотку возбуждения М,
обеспечит вхождение его в синхронизм. В схеме управления
предусмотрена форсировка возбуждения на случай сниже-
ния напряжения высоковольтной сети до 15—20 % по отно-
шению к номинальному. Форсировка может выполняться
двумя способами: 1) при помощи реле напряжения РФ,
442
присоединяемого к вторичной обмотке трансформатора
напряжения, используемого в схеме управления данного
двигателя (индивидуальная форсировка); 2) промежуточ-
ным реле РПФ, подключаемым к шинам групповой фор-
сировки на распределительном устройстве (групповая фор-
сировка).
При индивидуальной форсировке реле РФ размыкаю-
щими контактами (если напряжение сети снижено) включает
Рис. 11.12. Принципиальная схема пуска синхронного двигателя с глу-
хоподключенным возбудителем.
контактор К.Ф, шунтирующий своими контактами резистор
регулятора возбуждения РВ, чем и обеспечивается форси-
рованное возбуждение синхронного двигателя.
Недостатком индивидуальной форсировки является воз-
можность ложной форсировки в случае отключения автома-
том цепей, отходящих от трансформатора напряжения,
подключенного к распределительному устройству.
Более надежной является так. называемая групповая
форсировка, при которой контактор КФ включается замы-
кающими контактами реле РПФ. Оно в свою очередь вклю-
чается при подаче питания на шины групповой форсировки,
когда напряжение высоковольтной сети снижается на
15—20 %. В этом случае благодаря непосредственному под-
443
ключению реле на выводы вторичной обмотки трансфор-
матора напряжения исключается возможность ложной
форсировки. Обычно на станции управления имеются оба
реле, и в зависимости от условий работы выбирается тот
или иной способ подключения РФ или РПФ, осуществляе-
мый перемычками 1 или 2, показанными на рис. 11.12 утол-
щенными линиями.
Аварийная остановка синхронного двигателя осущест-
вляется нажатием на кнопку КА в цепи отключающей ка-
тушки В1 или действием соответствующих реле защиты,
контакты которых присоединяются к вторичным обмоткам
трансформаторов тока. К обмоткам трансформаторов тока
Рис. 11.13. Принципиальная
схема подачи постоянного тока
в обмотку возбуждения синх-
ронного двигателя.
присоединяются реле токовой отсечки и реле защиты от
перегрузки, а также измерительные приборы. Реле защиты
от замыкания нд землю подключается к вторичной обмотке
другого трансформатора тока (цепи защиты на схеме не по-
казаны). При более тяжелых условиях пуска (Мс >
> 0,4Мвом) используется схема подачи постоянного тока
в обмотку возбуждения синхронного двигателя, когда по-
следний достигнет угловой скорости, близкой к синхрон-
ной.
Подачу постоянного тока в обмотку ротора можно осу-
ществить, например, по схеме, приведенной на рис. 11.13.
Из схемы видно, что когда контактор КМ отключен, обмотка
возбуждения двигателя через размыкающий контакт КМ
включена на разрядный резистор Rp и не получает питания
от источника постоянного тока.
Основным элементом схемы является реле РП (с успо-
коителем — медной гильзой), катушка которого присоеди-
няется через диод V к разрядному резистору и находится
под напряжением в период пуска синхронного двигателя
благодаря ЭДС скольжения, наводимой в обмотке возбуж-
дения (как в роторе асинхронного двигателя). При больших
частотах тока, проходящего по разрядному резистору,
444
поток в сердечнике реле поддерживается примерно постоян-
ным за счет успокоителя. С уменьшением скольжения поток
начинает уменьшаться, а интервалы между полуволнами
тока — увеличиваться, что приведет к отпусканию якоря
реле РП при скольжении 0,05.
Работу схемы поясняет рис. 11.14, на котором показаны
кривые тока ipn в катушке реле и потока Фря, а также
отмечен момент времени, при котором реле отпускает
якорь, подавая через размыкающий контакт питание на
катушку контактора КМ, после чего в обмотку ротора
поступает постоянный ток.
Рис. 11.14. Кривые тока и потока реле РП, иллюстрирующие прин-
цип работы схемы на рис. 11.13.
Указанный способ включения постоянного тока при-
менялся в ранее выпускавшихся системах управления син-
хронными двигателями. Однако, как показал опыт, он ока-
зался недостаточно совершенным и не обеспечивал четкой
синхронизации из-за разброса выдержки времени реле РП.
Поэтому в настоящее время системы управления подачей
постоянного тока осуществляются в функции тока статора
двигателя при его пуске.
На рис. 11.15 показана схема прямого пуска высоко-
вольтного синхронного двигателя. При его подключении
к сети в начальный момент пуска (асинхронный пуск) в цепи
статора проходит ток, в несколько раз превышающий номи-
нальный, в результате чего сработает токовое реле РПТ,
присоединяемое через трансформатор тока, включаемый
в статор двигателя М. Контакт этого реле включает реле
времени РВ1, которое без выдержки времени присоединяет
реле времени РВ2. В цепи катушки КВ—В контактора КВ
размыкается контакт РВ1 и замыкается контакт РВ2,
что подготавливает цепь включения контактора КВ (с по-
мощью его включающей катушки КВ—В). По мере разгона
445
двигателя ток в статоре его спадает и при подсинхронной
угловой скорости (0,95—0,98 синхронной) значительно
уменьшается, реле РПТ при этом разомкнет свой замыкаю-
щий контакт в цепи РВ1. С выдержкой времени (около 0,9 с)
замкнется контакт реле РВ1 в цепи катушки КВ—В. Кон-
тактор КВ включается (становится на защелку) и подклю-
чает к обмотке возбуждения М постоянный ток (двигатель
входит в синхронизм). При включении КВ размыкается
цепь разрядного резистора Rp.
Рис. 11,15, Принципиальная схема прямого пуска высоковольтного
синхронного двигателя.
С отключением РВ1 по истечении времени около 4 с ра-
зомкнутся контакты РВ2, снимающие сигнал на включение
катушки КВ—В. Но контакты контактора КВ останутся
включенными благодаря действию защелки,
С целью облегчения вхождения М в синхронизм, если
напряжение питающей сети понижено, в схеме управления
предусмотрен узел форсирования возбуждения, действие
которого было описано выше. Остановка М производится
дистанционным отключением выключателя В1. При его
446
отключении теряет питание реле РП, которое своим раз-
мыкающим контактом включает отключающую катушку
КВ—О контактора КВ; выключается цепь возбуждения М,
а его обмотка замыкается на разрядный резистор Rp.
Аварийная остановка синхронного двигателя осущест-
вляется таким же образом, как и в схеме на рис. 11.12.
Для ограничения пускового тока включение синхрон-
ного двигателя может производиться также через реактор
или автотрансформатор, как отмечалось выше.
11.6.	Управление синхронными двигателями
с возбуждением от тиристорных
преобразователей
Преимуществом тиристорных преобразовате-
лей для возбуждения синхронных двигателей по сравнению
с электромашинными является их высокое быстродействие.
Постоянная времени электромашинных возбудителей со-
ставляет в зависимости от мощности от 0,1-до 0,5 с, тогда
как у тиристорных от 0,005 до 0,01 с. Многие электропри-
воды с синхронными двигателями, работающими с ударной
нагрузкой, требуют быстрого изменения, возбуждения
с целью повышения их динамической устойчивости. Высо-
кая инерционность электромашинных возбудителей не поз-
воляет осуществить своевременное формирование тока воз-
буждения как при ударных нагрузках, так и в случае
быстрого и значительного падения напряжения сети.
Тиристорный возбудитель обладает более высоким КПД,
но коэффициент мощности у него ниже, чем у электромашин-
ного. Однако сам синхронный двигатель может быть источ-
ником реактивной мощности, а мощность возбудителя це
превышает нескольких процентов мощности привода, поэ-
тому низкий коэффициент мощности тиристорного преобра-
зователя не сказывается на выборе типа возбудителя.
Тиристорный возбудитель, не имея вращающихся ча-
стей, является более надежным, чем машинный. Следует
отметить дополнительные преимущества тиристорного пре-
образователя: бесшумность, сокращение площади и отсут-
ствие фундамента, возможность использования в системах
автоматического регулирования (например, для поддержа-
ния постоянства cos <р или напряжения на шинах), малые
сигналы управления.
Тиристорные возбудители, выполняемые с различными
схемами соединений полупроводниковых приборов в зави-
447
симости от мощности синхронных приводов и синхронных
генераторов, находят все большее практическое приме-
нение.
Простейшая принципиальная схема с тиристорным
возбудителем для привода сравнительно малой мощности
приведена на рис. 11.16. В ней использован тиристорный
преобразователь ТП, выполненный по трехфазной нулевой
схеме выпрямления. Перед пуском двигателя необходимо
Рис. П.16. Принципиальная схема синхронного электропривода с ти-
ристорным возбудителем.
включить питание цепей управления с помощью автомати-
ческого выключателя ВА и разъединителей В1 и В2, а также
трансформатор Т2, питающий тиристорный возбудитель.
Включением масляного выключателя В подается питание
на статор двигателя М и катушку контактора К, предназ-
наченного для включения вспомогательного асинхронного
двигателя, приводящего во вращение вентилятор для охлаж-
дения тиристоров (на схеме не показан, также не показаны
вспомогательные цепи сигнализации). Включаются реле
448
РИТ (пусковым током двигателя М), реле времени РВ1,
РВ2 и реле инверторного режима РИ.
Вначале осуществляется асинхронный пуск двигателя
М. Двигатель разгоняется до подсинхронной скорости, при
которой пусковой ток в статоре снижаемся и реле РПТ
размыкает свой замыкающий контакт в цепи катушки реле
времени РВ1, включающем с необходимой выдержкой вре-
мени реле РП1. Оно блокирует замыкающий вспомогатель-
ный контакт В в цепи катушки К, становится на самопита-
ние через замыкающий контакт РВ2, а также подает
напряжение на блок управления тиристорного преобразо-
вателя БУТП, в результате чего открываются тиристоры
преобразователя и в обмотку возбуждения двигателя М
подается ток. Синхронный двигатель втягивается в син-
хронизм.
При отключении выключателя В теряют питание реле
времени РВ2 и реле РИ, которое своим размыкающим кон-
тактом воздействует на блок управления БУТП, переводя
его в инверторный режим, обеспечивающий гашение поля
синхронного двигателя. После выдержки времени, осуще-
ствляемой реле РВ2, несколько большей времени гашения
поля, отключаются реле РП1 и контактор /(, при этом от-
ключаются питание блока БУТП и двигатель вентилятора
охлаждения тиристоров, тем самым схема приводится в ис-
ходное состояние.
Блок управления БУТП содержит еще автоматический
регулятор возбуждения, предназначенный для регулирова-
ния тока возбуждения синхронного двигателя.
Обозначенный на схеме нелинейный резистор (вари-
стор) служит для защиты преобразователя от перенапря-
жений.
1U Управление двигателями постоянного
тока независимого возбуждения
Нарис. 11.17 приведена схема управления дви-
гателем независимого, возбуждения, предусматривающая
возможность пуска, регулирования угловой скорости и
динамического торможения двигателя. Управление произ-
водится с помощью командоконтроллера КК, имеющего
исходное (нулевое) и три рабочих положения. Ускорение
двигателя осуществляется в функции времени, а торможе-
ние — в функции ЭДС.
В силовую цепь двигателя включены: выключатели В1,
максимальные реле РМ1 и РМ2, пусковые и тормозные ре-
16 Чиликин М. Г„ Сандлер А. С.	449
зисторы, контакты линейного контактора КЛ, контакторов
ускорения КУ1, КУ2, КУЗ и торможения КДТ, а также
катушки реле управления РУ2, РУЗ, РП и РДТ.
Рис. 11.17, Схема управления двигателем постоянного тока независи-
мого возбуждения.
Обмотка возбуждения подключается к сети через выклю-
чатель В2, являющийся одновременно и выключателем цепи
450
управления. В цепь обмотки возбуждения включен рези-
стор которым регулируется угловая скорость двигателя.
Кроме того, для контроля наличия тока возбуждения в цепь
обмотки возбуждения включена катушка реле РОП. Раз-
рядный резистор /?р подключен к обмотке возбуждения че-
рез диод V.
В защитную цепь включены контакт и катушка реле
напряжения PH, а также контакты максимального реле
РМ.1, РМ.2 и реле ослабления поля РОП. В исходном поло-
жении командоконтроллер а реле PH включается и замыкает
свой контакт. При переключении командоконтроллера
в рабочее положение питание цепи управления контроли-
руется контактом PH. Этот контакт открывается или при
снижении напряжения до значения примерно 0,8f/HO.,,
или при обрыве цепи обмотки возбуждения, или при повы-
шении тока в силовой цепи двигателя свыше 200 %.
Перед пуском двигателя включаются автоматические
выключатели В1 и В2, тогда обмотка возбуждения двигателя
ОВМ окажется присоединенной к сети через полное сопро-
тивление резистора /?. Ток возбуждения при этом может
оказаться недостаточным для срабатывания реле РОП,
и поэтому его контакт в цепи катушки PH шунтируется за-
мыкающим контактом реле РУ1, которое в исходном состоя-
нии командоконтроллера КК окажется под напряжением.
При переводе рукоятки командоконтроллера в крайнее ра-
бочее положение включается контактор КЛ. Кроме того,
через размыкающий контакт КДТ присоединяются к сети
«экономический» контактор КЭ и контактор усиления
магнитного потока КУП. На обмотку возбуждения ОВМ
будет подано полное напряжение, а в обмотку якоря дви-
гателя вводится полностью пусковой резистор — начинается
пуск двигателя с полным потоком. При этом включаются
реле ускорения РУ2, РУЗ и реле РОП. Через некоторое
время закроется размыкающий контакт реле РУ1 и срабо-
тает контактор КУ1, зашунтировав первую ступень рези-
стора и катушку реле РУ2. Замыкание катушки реле РУ2
накоротко приводит к закрыванию с выдержкой времени
контакта РУ2, включающего контактор КУ2, который шун-
тирует вторую ступень резистора.
Точно так же произойдет шунтирование третьей сту-
пени пускового резистора контактором КУ2>. В процессе
пуска до основной угловой скорости, пока контактор 7(<УЗ
разомкнут, размыкающий контакт РКУ замкнут и контактор
КУП включен. При шунтировании последней пусковой
16*	451
ступени включается КУЗ, и контакты РКУ размыкаются.
Если при этом пусковой ток еще значителен, то КУП ока-
жется включенным через контакты КУЗ и РП, По мере
пуска двигателя ток якоря спадает, и реле РП отпускает
свои замыкающие контакты, КУП теряет питание, и в цепь
обмотки возбуждения вводится часть резистора R, опреде-
ляемая положением движка, которым задается требуемое
значение угловой скорости двигателя выше номинальной.
Дается импульс на ослабление поля двигателя, который
ускоряется до угловой скорости выше основной.
Хотя индуктивность обмотки возбуждения замедляет
спадание потока и таким образом смягчает толчки тока
в обмотке якоря, но она не уничтожает их полностью.
Ограничение толчков тока при ослаблении поля осущест-
вляется при помощи токового реле РП, которое замыкаю-
щим контактом включает или отключает контактор КУП,
управляя таким образом процессом ослабления поля в за-
висимости от тока в обмотке якоря.
Благодаря вибрационному режиму работы реле РП
и контактора КУП ток в обмотке якоря в течение переход-
ного процесса ослабления поля не выходит за пределы
допустимого значения.
Торможение двигателя осуществляется автоматически
перестановкой рукоятки командоконтроллера в нулевое
положение. В этом случае выключается контактор КЛ,
обмотка якоря отключается от сети. Контактор динамиче-
ского торможения КДТ включится через контакты реле
торможения РДТ. Вследствие этого обмотка якоря двига-
теля оказывается включённой на тормозной резистор, а дви-
гатель — в режиме динамического торможения. Следует
отметить, что динамическое торможение (пока включен
контактор КДТ) происходит при полном магнитном потоке
двигателя.
11.8. Управление двигателями постоянного
тока последовательного возбуждения
Схема управления двигателем последователь-
ного возбуждения (рис. 11.18) предусматривает автомати-
зацию процесса пуска и реверса двигателя. Автоматизация
пуска двигателя осуществляется с помощью электромаг-
нитных реле времени РУ1 и РУ2. Процесс реверса управ-
ляется двумя реле противовключения РПВ и РПН в функ-
ции ЭДС. Для пуска двигателя Вперед или.Назад, а также
для его реверса служит командоконтроллер, имеющий
452
три положения: Вперед, Нулевое положение и Назад. Сило-
вые цепи и цепи управления двигателя подключаются
к сети постоянного тока выключателями В1 и В2.
Пуск двигателя в одном и другом направлениях произ-
водится поворотом рукоятки командоконтроллера. После-
довательность работы аппаратов при пуске двигателя
Рис. 11.18. Схема управления реверсивным двигателем постоянного
тока последовательного возбуждения с использованием торможения
противовключением.
в том или ином направлении одинакова; исключение состав-
ляют контакторы КВ1, КВ2 и реле РПВ, срабатывающие
при пуске Вперед, и КН1, КН2, РПН, срабатывающие при
пуске Назад.
В нулевом положении рукоятки командоконтроллера
его контакт Д7(0 замкнут, и обмотка реле PH находится
под напряжением, поэтому контакт PH шунтирует ККО.
В дальнейшем контакт К КО открывается, но катушка реле
PH и все цепи управления получают питание через закрыв-
шийся контакт PH. При понижении напряжения или сра-
батывании максимальной защиты контакт PH откроется,
и прекратится подача напряжения в цепи управления,
453
что приведет к остановке двигателя. В положении рукоятки
командоконтроллера Вперед или Назад замыкаются контакт
КЛ и одна из пар контактов реверсивных контакторов, ко-
торые подводят напряжение к обмотке якоря двигателя.
В начале пуска в цепь двигателя введены обе ступени
пускового резистора и ступень противовключения. Ка-
тушка одного из реле РПВ или РПН в зависимости от того,
для какого направления вращения производится пуск, под-
ключается соответствующими блок-контактами КВ1 или
КН1 к сети, и реле закрывает свой контакт в цепи управ-
ления. Благодаря срабатыванию реле РПВ или РПН кон-
тактор противовключения КП, получив питание, сразу
закроет свой контакт и зашунтирует ступень противовклю-
чения, а также катушку реле ускорения РУ1, которая нахо-
дилась под напряжением. Реле РУ1 теряет питание и за-
крывает с выдержкой времени свой размыкающий контакт
в цепи катушки КУ1- Контактор ускорения КУ/, получив
питание, закроет замыкающий контакт КУ1 в силовой цепи
и зашунтирует первую ступень пускового резистора. Одно-
временно шунтируется и реле ускорения РУ2, которое
с выдержкой времени закроет свой контакт РУ2 и включит
контактор КУ2. Этот контактор зашунтирует вторую
ступень пускового резистора, и закончится,, таким образом,
процесс пуска двигателя.
Реверсирование двигателя осуществляется переводом
рукоятки командоконтроллера из положения Вперед в по-
ложение Назад или в обратном направлении в зависимости
от того, какое положение занимал командоконтроллер до
переключения. При этом сначала будет осуществлено тор-
можение противовключением, а затем — пуск двигателя
в обратном направлении. Для того чтобы при торможении
двигателя не было чрезмерно больших бросков тока, тре-
буется ввести в цепь двигателя дополнительный резистор
противовключения. Это требование выполняется при ре-
версе с помощью реле РПВ и РПН, которые удерживают
свои контакты в цепи управления открытыми до остановки
двигателя.
Для того чтобы реле противовключения в начале тормо-
жения не срабатывало, напряжение на его катушке, как
указывалось выше, должно быть близким к 0, что дости-
гается соответствующим выбором точки присоединения реле
противовключения. При переводе рукоятки командокон-
троллера из положения Вперед в положение Назад контакт
РПН в цепи управления не закроется до тех пор, пока
454
напряжение на катушке реле не достигнет достаточного
значения, что произойдет при почти полной остановке дви-
гателя. Вслед за торможением двигателя сразу же начнется
пуск двигателя в обратном направлении, происходящий
аналогично тому, как было изложено выше.
11.9. Электрические схемы управления
электроприводами некоторых
производственных механизмов
Рассмотренные выше типовые разомкнутые системы
могут быть использованы для управления пуском, торможением и
регулированием скорости различных производственных механизмов.
Как правило, особенности технологического процесса вызывают до-
полнительные требования, предъявляемые к схемам управления. В каж-
дой области техники существует большое число разнообразных машин
и механизмов, имеющих отличительные особенности, которые должны
учитываться при проектировании автоматизированной системы управ-,
ления. В качестве примеров ниже даются описания электропривода
и схемы управления тихоходного пассажирского лифта и агрегатного
станка.
а] Электропривод и схема автоматического
управления лифтом
Кабина лифта пятиэтажного здания приводится в дви-
жение от асинхронного двигателя с фазным ротором. Эта схема (рис. 11,19)
может быть легко видоизменена и применима для лифтов в зданиях
с большим числом этажей.
Этажные реле РЭ1—РЭ5 расположены стационарно на панели
управления лифтом. Количество этажных переключателей ПЭ!—ПЭ5
и соответственно этажиых реле равно числу этажей. Аппаратура, рас-
положенная в кабине, включает: шесть кнопок, конечные выключатели
пола ВП1, ВП2, находящиеся в разомкнутом состоянии, если в кабине
находится пассажир, и в замкнутом состоянии (как показано на схеме),
когда пассажира нет в кабине; контакты пола ВП2, шунтирующие кон-
такты дверей кабины ВДД, когда пассажир вышел из кабины, а ее дверь
осталась открытой (в этом случае этот контакт ВДК разомкнут); кон-
такты конечного выключателя ВКК, контролирующего ослабление
натяжения каната или его обрыв, а также контакты выключателя
ловителя ВЛ, размыкающиеся при срабатывании механизма ловителя;
эти контакты должны быть замкнутыми. Размыкающие контакты ВП1,так
же как и контакты ВП2, дают возможность вызвать кабину, когда в ней
нет пассажиров. В кабине лифта имеется кнопка КнС2, предназначенная
для остановки лифта в любом его положении.
Перечисленные выше элементы оборудования, находящиеся в ка-
бине лифта, соединяются со всей остальной аппаратурой при помощи
гибкого кабеля ГК.
Статор двигателя присоединяется к сети замыканием выключателя
В1 через замкнутые в силовой цепи контакты аварийного выключателя
ВДА (ограничивающего ход кабины вверх и вниз), а также контактами
контакторов КВ и КН, определяющих направление движения кабины
вверх или вниз.
455
В роторную цепь двигателя включен дополнительный резистор,
который контакторами ускорения К.У1, К.У2 и КУЗ в функции времени
последовательно в период пуска шунтируется, и двигатель выводится

Рис. 11.19. Электропривод и схема автоматического управления лиф-
том.
на естественную характеристику. Пуск электропривода может произ-
водиться либо пассажиром из кабины лифта, либо пассажирами, на-
456
холящимися иа площадке любого этажа, посредством вызывных кнопок.
Этажные переключатели ПЭ1—ПЭ5 соответственно установлены в шахте
лифта на каждом этаже, начиная с первого до последнего.
Следует отметить, что движение кабины исключается, если хоть
одна из дверей шахты окажется открытой, что контролируется конечными
выключателями, установленными иа всех этажах (ВДШ1—ВДШ5) и
включеииымй в цепь управления.
Рассмотрим работу схемы при подъеме пассажира с первого этажа
на пятый. В этом случае этажный переключатель ПЭ1 в среднем поло-
жении, остальные этажиые переключатели замкнуты в правом положе-
нии. При нахождении пассажира в кабине лифта первого этажа прежде
всего размыкаются контакты пола ВП1, благодаря чему разрывается
цепь вызывных кнопок первого — пятого этажей и исключается воз-
можность иаружиого управления лифтом. Далее закрываются двери
шахты первого этажа и замыкается контакт ВДШ1. Так как двери шахты
на всех остальных этажах должны быть закрыты, то контакты ВДШ1-—
ВДШ5 замкнуты, затем закрываются двери кабины и при этом замы-
кается контакт ВДК. Нажатием на кнопку «Пятый этаж» включается
реле РЭ5 по замкнутой цепи через кнопку КнС1, замкнутые контакты
ВДШ1—ВДШ5, гибкий кабель, замыкающий контакт ВКК, контроли-
рующий натяжение канатов, замыкающие контакты ВЛ и ВДК, вторую
кнопку КнС2, находящуюся в кабине, гибкий кабель, катушку реле
РЭ5, гибкий кабель, нажатую кнопку «Пятый этаж» в кабине лифта,
гибкий кабель, размыкающий контакт КУЗ. Таким образом,
реле РЭ5 получит питание и своим замыкающим контактом РЭ5 через
повернутый в правое положение контакт этажного переключателя
ПЭ5 замкнет цепь катушки контактора КВ, включающего двигатель М
и одновременно растормаживающего электромагнитный тормоз ЭМТ.
После срабатывания КВ последний 'и этажные реле РЭ5 становятся
иа самопитание (их катушки питаются через собственные замыкающие
контакты) через этажный переключатель ПЭ5. Кнопка пятого этажа
в кабине лифта может быть отпущена. Двигатель разгоняется в соответ-
ствии с выдержками времени, с которыми срабатывают последовательно
механические маятниковые реле времени РВ, РУ1, РУ2, замыкающие
цепи катушек контакторов КУ1, КУ2, КУЗ, выводящих ступени пус-
кового резистора в роторной цепи двигателя. Маятниковые реле време-
ни РВ [PH), РУ1, РУ2 пристроены соответственно к контакторам КВ
(КН), КУ1, КУ2.
При срабатывании контактора КУЗ его размыкающий вспомога-
тельный контакт отключает цепи всех кнопок как на этажах, так и
в кабине, и поэтому нажатие любой из кнопок не оказывает воздействия
на работу схемы управления лифтом до тех пор, пока кабина не придет
на заказанный этаж и не остановится.
Кабина лифта, проходя с первого этажа до четвертого, повернет
. все контакты этажных переключателей (ПЭ1—ПЭ4) в левое положение.
При подходе к площадке пятого этажа упор, связанный с кабиной
лифта, повернет контакт переключателя ПЭ5 в среднее положение, в ре-
зультате чего контактор КВ и этажное реле РЭ5 потеряют питание,
двигатель отключится, и сработает тормоз, что приведет к быстрой ос-
тановке лифта.
Доехав до остановки на пятом этаже, пассажир может вначале
открыть дверь кабины, а затем дверь шахты, которую по выходе из лифта
необходимо закрыть (нажать открывшийся выключатель ВДШ5). После
закрывания двери шахты вся аппаратура приводится в исходное поло-
жение, за исключением этажных переключателей,
457
I
Если возникает необходимость осуществить движение пустой ка-
бины вниз, то это возможно произвести и при открытых дверях кабины
(это не опасно), так как дверной контакт ВДК шунтирован контактами
пола ВП2. Например, если необходимо вернуть кабину с пятого этажа
на первый, то нажимается вызывная кнопка 1 наружного управления,
расположенная на первом этаже. При этом включаются этажное реле
РЭ1 и контактор КН, включающий двигатель на обратное направление
вращения. Пуск двигателя в обратном направлении происходит в функ-
ции времени, так же как это было прн движении лифта вверх. Кабина,
опускаясь вниз, переставляет все этажные переключатели из левого
положения в правое, за исключением первого этажного переключателя
ПЭ1, который по достижении кабиной первого этажа переводится в сред-
нее положение. Катушка контактора KJH теряет питание, двигатель
быстро останавливается благодаря тормозному моменту, который раз-
вивает тормоз при снятии напряжения со статора двигателя М.
Этажные переключатели первого и последнего этажа ПЭ1 н ПЭ5
одновременно выполняют роль конечных выключателей, однако для
большей надежности используется еще конечный выключатель ВКА,
включенный в силовой цепи. Если в одном из крайних положений по-
чему-либо не произойдет отключения привода и кабина лифта не оста-
новится, то при дальнейшем ее движении разомкнутся контакты ВКА,
отключатся главная цепь двигателя и тормоз ЭМТ. Включение конеч-
ного выключателя ВКА производится от руки после устранения по-
вреждения.
Тормоз, который оказывает дополнительное тормозное воздействие
после снятия напряжения с выводов двигателя, способствует обеспе-
чению необходимой точной остановки кабины на этаже.
На рис. 11.19 не показаны цепи сигнализации, которые указывают,
свободна или занята кабина, а также аварийной сигнализации.
Для скоростных и высокоскоростных пассажирских лифтов ис-
пользуется привод по системе Г—Д или УВ—Д, в котором ограничи-
ваются в переходных режимах ускорение и рывок, а также обеспечи-
вается пониженная скорость для точной остановки кабины. Эти функ-
ции выполняются в замкнутой системе управления при помощи соответ-
ствующих обратных связей.
б) Электропривод и схема автоматического
управления агрегатным станком
Агрегатные металлорежущие станки широко исполь-
зуются в условиях массового производства, таких как автомобиле- и
тракторостроение, сельскохозяйственное машиностроение, авиационная
промышленность и т. п.
На агрегатных станках обработка изделий часто производится од-
новременно большим количеством инструментов и в зависимости от
конфигурации обрабатываемого изделия может производиться с двух
или нескольких сторон. Поэтому агрегатные станки отличаются значи-
тельно более высокой производительностью по сравнению со станками
общего назначения. Наибольшее распространение агрегатные станки
получили для сверлильных, расточных и фрезерных работ.
Односторонний горизонтально-сверлильный агрегатный станок
показан иа рис. 11.20. На станке установлен асинхронный двигатель
с короткозамкнутым ротором 11, расположенный в правой части так
называемой силовой головки. Через шестерни 8 и 10 он вращает привод-
ной вал, далее через шестерни 3 н 4 движение передается шпинделям 2,
458
Рис. 11.20. Разрез одностороннего горизонтально-сверлильного агрегатного станка.
1 — обрабатываемое изделие; 2 — шпиндель; 3, 4 — шестерни; 5 — гидропанель; S — насос; 7—10 — шестерни; 11 — дви-
гатель; 12 — цилиндр.
несущим режущий инструмент. Количество шпинделей, размещенных
в коробке, может доходить до нескольких десятков. Подача силовой
головки с инструментами может производиться гидравлической систе-
мой, состоящей (как показано на рис. 11,20) из насоса б, приводимого
в действие от того же двигателя через шестерни 7 и 9. Масло от насоса
поступает в распределительное устройство 5, откуда оно передается
в переднюю или заднюю полость цилиндра 12. Таким образом, электри-
~	ческий двигатель, насос, рас-
о пределительное устройство и
-j цилиндр образуют электро-
гидравлический привод пода-
чи, управление которым осу-
ществлется при помощи элек-
тромагнитов, воздействую-
щих через золотниковую си-
стему на количество жидко-
сти, поступающей в ту или
иную полость цилиндра. Ко-
личество жидкости в едини-
цу времени определяет ско-
рость перемещения привода
подачи. Вначале осуществ-
ляется быстрое перемещение
к обрабатываемому изделию
1, закрепленному на столе,
, а затем переключением в гид-
росистеме уменьшается коли-
чество масла, подаваемого в
цилиндр, что обеспечивает
медленную рабочую подачу,
связанную с обработкой из-
делия. По окончании обра-
ВК5
Циклограмма станка 1“-о'ЧГ"	1
с тремя выводами сверла
•у ВК1,ВК2	ВКЗ
О----- >	— —
।  —-------------J
______J __________ ▼	вы
\	~вкч£~[
I...	<		»
|	ВК5 V
о^-Х—==Z2ZI
-—— Быстрый подвод
----Рабочая подача
Рис. 11.21. Принципиальная
схема управления агрегатным
станком для глубокого свер-
ления с тремя выводами ре-
жущих инструментов.
боткн изделия происходит переключение в гидросистеме, большее
количество масла поступает в заднюю полость цилиндра — головка
быстро возвращается в исходное положение.
Рассмотрим подробнее принципиальную схему управления агрегат-
ным станком для глубокого сверления с тремя выводами режущих ин-
струментов (рис. 11.21). В схеме используется управление в функции
пути. Назначение и месторасположение путевых выключателей таково:
ВК/ и ВК2 нажаты в исходном положении силовой головки (исходным
положением называется такое, при котором силовая головка с режущим
инструментом находится вне зоны обработки), ВКЗ — выключатель,
дающий команду в схему управления после окончания первого и второго
проходов режущих инструментов, ВК4 — блокировочный выключатель
между первыми вторым проходами, ВК5 — выключатель, фиксирующий
окончание обработки изделия: выключатель Bft5 на всем протяжении
обработки и до ее конца находится в нажатом состоянии,
460
После пуска двигателя (схема силовой части не показана) нажатием
кнопки КнП включаются промежуточное реле РП1 и элекромагнит ЭВ
(цепь катушки ЭВ в исходном положении замкнута, так как ВК1 нажат),
управляющий золотником гидросистемы, который дает импульс на
быстрое перемещение силовой головки вперед. Дальнейшее нажатие
иа кнопку КнП не требуется, ибо она блокируется контактом РП1.
При движении силовой головки вперед освобождаются выключатели
ВК1 и ВК2, однако пущенная гидросистема продолжает нормально
работать, хотя цепь катушки электромагнита ЭВ окажется разомкну-
той. В связи с тем, что размыкающий контакт ВК2 замкнулся, подготав-
ливается цепь включения электромагнита ЭН для возврата силовой
головки в исходное положение. Как упоминалось, после быстрого дви-
жения силовой головки к обрабатываемому изделию производится пере-
ключение в гидросистеме на рабочую подачу.
По окончании первого прохода от упора, механически связанного
с силовой головкой, нажимается выключатель ВКЗ, включающий реле
РП2, которое своим замыкающим контактом включает цепь электро-
магнита ЭН. При этом переключается подача масла в гидросистеме и
совершается быстрое движение силовой головки назад. Кроме того,
другой замыкающий контакт РП2 блокирует выключатель ВКЗ, и реле
РП2 при возвращении головки назад (при разомкнутом контакте ВКЗ)
остается включенным. В исходном положении нажимается выключа-
тель ВК2, его размыкающий контакт отключает цепь электромагнита
ЭН, прекращается движением головки назад, а замыкающий контакт
ВК2 включает реле РПЗ, которое своим размыкающим контактом от-
ключает реле РП2, а посредством другого замыкающего контакта ста-
новится на самопитание. В этом же положении нажимается контакт
ВК1, вновь включается электромагнит ЭВ — головка быстро движется
вперед, совершая второй проход.
Так как реле РПЗ включено, то замыкание от упора выключателя
ВКЗ не приведет к замыканию цепи реле РП2, и поэтому силовая голов-
ка, совершая рабочую подачу, будет идти вперед. При дальнейшем
сверлении в процессе второго прохода тот же упор, который вначале
воздействовал на ВКЗ, нажимает на ВК4, размыкающий контакт кото-
рого отключает цепь катушки реле РПЗ, подготавливая включение
реле РП2 в конце второго прохода. Замыкающий контакт ВК4 вклю-
чает промежуточное реле РП4 (после отпускания РПЗ).
По окончании второго прохода другой упор опять нажимает ВКЗ;
при этом включается реле РП2, после чего совершается быстрый воз-
врат головки в исходное положение.
Как и в предыдущем проходе, в исходном положении размыкается
контакт ВК2, снова получает питание электромагнит ЭВ, и начинается
третий (последний) проход. Так как реле РПЗ и РП4 включены, то в
процессе третьего прохода воздействие упоров на ВК4 и дважды на ВКЗ
никаких изменений в системе управления не произведет.
В конце обработки от упора нажимается рычаг, освобождающий
выключатель ВК5, при этом выключаются реле РП1—РП4 и включается
катушка электромагнита ЭН. Следовательно, совершается последний
в цикле быстрый отвод головки в исходное положение. При отводе го-
ловки от упора вновь нажимается конечный выключатель ВК5. В ис-
ходном положении окажутся нажатыми ВК1 и ВК2, но движение го-
ловки вперед ие произойдет, так как реле РП1 выключено. Для повтор-
ного пуска станка необходимо предварительно снять обработанную
деталь, установить и закрепить другую и вновь нажать кнопку КнП.
Цикл работы станка повторится,
461
F
Нажатием кнопки КнН в любом положении головки отключаются
все промежуточные реле и включается катушка электромагнита ЭН,
и осуществляется возврат головки в исходное положение.
ГЛАВА ДВЕНАДЦАТАЯ
ТИПОВЫЕ СИСТЕМЫ ЗАМКНУТОГО
УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ
12.1. Общие положения
Современные системы замкнутого управления
электроприводами предназначены так же, как и рассмо-
тренные ранее более простые разомкнутые системы релейно-
контактного управления, для обеспечения автоматического
режима пуска, торможения, реверсирования, регулирова-
ния скорости, момента и т. д.
Однако эти системы позволяют сформировать указанные
режимы управления желаемым образом и связать их более
точно с требованиями технологического процесса, обуслов-
ленного работой производственных механизмов.
Большинство реальных систем автоматического управ-
ления имеют в своем составе нелинейные элементы, в кото-
рых выходные величины часто бывают связанными с вход-
ными нелинейными зависимостями. В практических расчетах
для упрощения задачи прибегают к линеаризации системы
с большей или меньшей точностью, заменяя нелинейные
элементы линейными. Если это не удается сделать, то для
сохранения точности расчетов используют ЭВМ.
В современных автоматизированных приводах общего
назначения электромашинные преобразователи разного ис-
полнения, применявшиеся ранее, не находят широкого при-
менения как в качестве генератора, так и в качестве возбу-
дителя и промежуточного усилителя.
На смену электромашинному преобразовательному агре-
гату системы Г—Д в приводы постоянного тока пришли
статические устройства в виде магнитных усилителей и
тиристорных выпрямителей. Только в мощных приводах
(свыше нескольких тысяч киловатт) оправдано применение
системы Г—Д, так как в этом случае использование синхрон-
ного двигателя в качестве приводного двигателя генератора
способствует повышению коэффициента мощности в питаю-
щей сети, а также не вызывает искажения кривой питающего
напряжения, возникающего в тиристорных приводах.
462
Для приводов малой мощности (до 10 кВт) в настоящее
время еще находит применение привод с магнитными уси-
лителями, отличающийся простотой, надежностью, длитель-
ным сроком службы и невысокой стоимостью. К недостаткам
этого привода относятся его инерционность, сравнительно
небольшой диапазон регулирования, большие габариты и
масса.
12.2. Принципы построения замкнутых
систем регулируемого
электропривода1
Наибольшее применение получили два типа
построения замкнутых систем регулирования: 1) с одним
общим суммирующим усилителем (рис. 12.1, а); 2) с
п последовательными суммирующими усилителями
(рис. 12.1, б) — так называемые системы подчиненного ре-
гулирования с последовательной коррекцией.
Рис. 12.1. Структурные схемы замкнутых систем регулирования.
а — с общим суммирующим усилителем; б — с п последовательными сумма»
рующими усилителями — система подчиненного регулирования с последовав
тельной коррекцией.
Системы, построенные по типу структурной схемы, при-
веденной на рис. 12.1, а, уже рассматривались в гл. 6,
в частности система с жесткой отрицательной обратной
связью по скорости k(Ji и с отсечкой по току якоря (с жест-
кой отрицательной обратной связью по току якоря с отсеч-
1 Написан канд, техн, наук Р, С, Сарбатовым,
463
кой — зоной нечувствительности). Отличительной особен-
ностью таких систем является наличие одного суммирую-
щего усилителя У, на вход (входы) которого подается
алгебраическая сумма сигнала задающего и всех обратных
связей жестких и гибких (суммирование может быть как
электрическое, так и магнитное). Выходной сигнал усили- '
теля, таким образом, зависит сразу от нескольких перемен-
ных, что делает практически невозможным регулирование
какой-то одной переменной независимо от других.
Для разделения действия обратных связей применяют
отсечки (блоки нелинейностей БН1, БН2). Но и в этом слу-
чае единственный (общий для всех обратных связей) задаю-
щий сигнал не определяет заданного значения выбранной
для регулирования переменной. Придание системе требуе- . }
мых динамических свойств при таком построении системы г
обычно достигается применением сложных корректирующих :
; устройств, включаемых в цепь сигнала управления при ?•
малой мощности управления (блок БК1 на рис. 12.1, а — f
последовательная коррекция) или параллельно некоторым j
блокам системы (параллельная Коррекция — гибкая отри-
цательная обратная связь, блок БК2— на рис. 12.1, а).	. *
При этом нельзя осуществить независимую настройку
качества регулирования всех переменных. В целом получить
требуемое высокое или оптимальное качество регулирования
в таких системах крайне затруднительно, а в ряде случаев
и невозможно.
Но несмотря на указанные недостатки, системы, по-
строенные по типу структурной схемы, приведенной на
рис. 12.1, а, находили и еще находят широкое применение
либо из-за простоты реализации при использовании громозд-
ких электромашинных, силовых магнитных и электронно-
ламповых усилителей, либо в случаях, когда не предъяв-
ляются жесткие требования к качеству переходных процес-
сов и не требуется раздельное регулирование переменных,
либо когда относительно простыми средствами удается до-
стигнуть требуемого качества процессов.
С появлением малогабаритных и относительно дешевых
полупроводниковых, в частности интегральных операцион-
ных (или решающих), усилителей и тиристорных преобра-
зователей с малой мощностью управления открылась воз-	о
можность строить системы подчиненного регулирования	°
с последовательной коррекцией, в которых используется п
последовательных суммирующих усилителей (рис. 12.1, б).
На эти усилители возлагаются функции не только суммиро-
464
вания и усиления сигналов, но и выполнения некоторых
других математических операций над сигналами, поэтому
суммирующие усилители в этих системах называют регуля-
торами.
Наиболее часто используются два типа регуляторов:
пропорциональный (/7-регулятор), пропорционально-инте-
гральный (////-регулятор).
Напомним, что операционный усилитель — это усили-
тель с нечетным числом каскадов усиления и большим
коэффициентом усиления (k? > 1000), охваченный сильной
отрицательной обратной связью и практически не имеющий
дрейфа нуля. Математические операции, выполняемые опе-
рационным усилителем, определяются видом сопротивле-
ний обратной связи и входной цепи.
Рис. 12.2. Схемы /7-регулятора (а) и ////-регулятора (б).
На рис. 12.2 приведены схемы П- и П//-регуляторов.
Сигнал на выходе /7-регулятора (рис. 12.2, а) пропорциона-
лен входному, т. е.
цвЬ!х = /швх,	(12.1)
где k = 7?0,с//?г.
Сигнал на выходе ////-регулятора (рис. 12.2, б) пропор-
ционален входному сигналу и интегралу от входного сиг-
нала по времени, т. е.
__ k
С:Ых 7'
1 о
^вх
dt + kuBX,
(12.2)
или в операторной форме в виде передаточной функции
^(p) = -^M = /?-L+bP = J+Io£.=£+ *	(12.3)
v СВх(р)	iop	тпр	тпр v
где To = /?0,cC; k = /?OiC//?i; Тй1 = RjC- p — оператор.
Следует отметить, что сигнал на выходе ////-регулятора
перестанет изменяться во времени и будет сохранять неко-
торое постоянное значение, только когда входной сигнал
будет равен 0. Если на вход такого регулятора поступает
разность задающего сигнала и сигнала обратной связи, то
465
в установившемся статическом режиме эти сигналы равны,
что соответствует принципу астатического регулирования —
сигнал управления изменяется регулятором до тех пор, пока
не будет достигнуто равенство задающего сигнала и сиг-
нала обратной связи, т. е. пока не будет устранена ошибка
регулирования.
Система подчиненного регулирования (см. рис. 12.1, б)
состоит из ряда контуров, число которых равно числу регу-
лируемых переменных (или числу больших постоянных
времени системы, подлежащих компенсации), причем каж-
дый внутренний контур регулирования подчинен следую-
щему по порядку внешнему (по отношению к внутреннему)
контуру. Эта подчиненность выражается в том, что заданное
значение регулируемой переменной любого внутреннего
контура определяется выходным сигналом регулятора сле-
дующего по порядку контура. В результате все внутренние
контуры работают как подчиненные задаче регулирования
выходной координаты системы. Каждый контур строится
по принципу регулирования по отклонению (по ошибке)
и имеет свою обычно жесткую отрицательную обратную
связь по регулируемой переменной и свой регулятор (сум-
мирующий усилитель). Для каждого внешнего контура вну-
тренний контур (или несколько внутренних контуров)
входит в состав объекта регулирования.
Показанная на рис. 12.1, б типовая структура системы
привода постоянного тока с двигателем независимого воз-
буждения имеет два контура регулирования: первый (вну-
тренний) контур — контур регулирования тока якоря дви-
гателя, содержащий регулятор тока РТ, преобразователь П,
якорную цепь двигателя и жесткую отрицательную обрат-
ную связь по току якоря с коэффициентом передачи kf,
второй (контур внешний, которому подчинен первый кон-
тур) — контур регулирования угловой скорости двигателя,
содержащий регулятор скорости PC, первый контур, дви-
гатель М и жесткую отрицательную обратную связь по ско-
рости с коэффициентом передачи ka. Задающим сигналом
для второго контура является сигнал задания угловой ско-
рости U3tC, а для первого — сигнал с выхода регулятора
скорости П3,т.
* В системе подчиненного регулирования появляется
возможность раздельного регулирования переменных и раз-
дельной настройки контуров (начиная с первого, самого
внутреннего контура) и коррекции переходных процессов
в каждом контуре, что существенно упрощает как расчетную
466
работу, так и техническую реализацию коррекции и прак-
тическую (в наладке) настройку системы.
Настройку контура (расчет и выбор элементов последо-
вательных корректирующих цепей, т. е. выбор типа регуля-
тора и расчет его параметров) обычно производят так,
чтобы получить технически оптимальный переходный про-
цесс (настройка на технический оптимум). Технически
оптимальным переходным про-
цессом считается такой про-
цесс, при котором время tr
изменения регулируемой ве-
личины от 0 до установивше-
гося значения было бы мини-
мально возможным при пе-
ререгулировании ДхвЫх, не
превышающем допустимого
значения, примерно 4—10%
(рис. 12.3). Такой переход-
ный процесс при скачке за-
дания является компромис-
сным между процессом более
ный переходный процесс.
быстрым, но с большим перерегулированием, и процессом
с меньшим перерегулированием, но более медленным.
Из теории автоматического регулирования известно,
что характер переходного процесса замкнутой системы опре-
деляется соотношением постоянных времени системы, и
оптимальному переходному процессу соответствует опти-
мальное соотношение постоянных времени. Математически
это выражается определенным (оптимальным) соотношением
коэффициентов характеристического уравнения системы.
Для системы, состоящей из п подчиненных контуров,
содержащих только безынерционные, инерционные и инте-
грирующие звенья (это ограничение не касается регуля-
торов), характеристические уравнения в зависимости от
порядка системы (числа контуров) должны иметь соотноше-
ния коэффициентов, указанные в табл. 12.1. При таких
характеристических уравнениях переходные процессы в си-
стеме по управляющему воздействию будут технически опти-
мальными.
В уравнениях табл. 12.1 принято: Т\— наименьшая
постоянная времени первого (самого внутреннего) контура
системы. Указанные в табл. 12.1 значения времени регули-
рования 4 и перерегулирования or, % (рис. 12.3), относятся
к случаю скачкообразного изменения входного (задающего)
467
сигнала. Таблица 12.1 может быть продолжена и для более
высоких порядков уравнений. При указанном в табл. 12.1
соотношении коэффициентов характеристических уравне-
ний характер переходного процесса определяется не всеми
членами уравнения, а вырожденным характеристическим
уравнением второго порядка. Особенность этих вырожден-
ных уравнений, приведенных в табл. 12.1, состоит в том,
что все они (для любого порядка полного уравнения) харак-
теризуются коэффициентом затухания, равным )/~2/2 =
= 0,707, что обеспечивает требуемый технически оптималь-
ный характер переходного процесса.
Таблица 12.1
Поря- док урав- нения	Полное характеристическое уравнение	Вырожденное харак- теристическое уравнение	Время регулиро- вания	Пере- регу- лиро- вание %
2	2Т1Р (Т,р+1)+ 1	271Р (Лр+ 1)+ 1	4,7 71	4,33
3	471Р[271Р (Лр+1) + + 1]+ 1	47lP (271₽ + !)+ 1	7,6 71	8
4	871Р{471Р [27lP (Т1Р + + 0+ 4+ 1} + 1	8Т1Р (4Т1Р+1) + 1	14,4 7i	6,2
Заданная исходная система обычно не обладает опти-
мальным соотношением постоянных времени, поэтому, ис-
пользуя коррекцию, нужно изменять постоянные времени
системы, т. е. для настройки контура на технический опти-
мум нужно подобрать такой тип регулятора и с такими
параметрами, чтобы получить характеристические уравне-
ния системы, приведенные в табл. 12.1. Как видно из этой
таблицы, уравнения не содержат никаких других постоян-
ных времени, кроме 7\ и больших ее в 2й раз. Следовательно,
все другие постоянные времени нужно устранить (компен-
сировать) и заменить их нужными. Естественно, что физиче-
ски существующую инерционность можно устранить, только
изъяв из системы элемент, обладающий этой инерцион-
ностью, что невозможно. Но.можно компенсировать влия-
ние больших инерционностей системы, используя-
ровку переходного процесса в данном элементе за счет уве-
личёйия-нанряжения (момента и т. п.) на время переход-
ного процесса подобно тому, как это делается для форси-
рования процесса возбуждения генератора (см. гл. 8).
Полная компенсация при этом невозможна, поэтому и
468
производят операцию замены большой постоянной времени
меньшей, но требуемого значения.
Рассмотрим, как производится расчет настройки регуля-
тора на примере контура регулирования тока якоря дви-
гателя постоянного тока независимого возбуждения
в системе тиристорный управляемый выпрямитель — дви-
гатель, воспользовавшись аппаратом передаточных функ-
ций. Расчет этого контура производится для случая непод-
вижного (заторможенного) якоря или при выключенном
возбуждении двигателя. Тогда структурная схема этого кон-
тура имеет вид, показанный на рис. 12.4, где приведены пе-
редаточные функции преобразователя (управляемого тири-
сторного выпрямителя) и якорной цепи двигателя.
Рис. 12.4. Структурная схема контура регулирования тока.
В контуре тока имеются две инерционности, характери-
зуемые постоянными времени: Tb=^L.JRb — электромаг-
нитная постоянная времени якорной цепи; 7\ — постоян-
ная времени, отражающая инерционность системы фазового
управления выпрямителем, запаздывание (дискретность)
выпрямителя и инерционности датчика тока и регулятора.
Эта постоянная времени называется некомпенсированной
или малой постоянной времени контура, так как обычно
7\ = 0,004 ч- 0,01 с < Тэ. При этом Тв называют боль-
шой постоянной времени, которую нужно компенсировать.
В соответствии со структурной схемой контура тока
(рис. 12.4) передаточная функция преобразователя и якор-
ной цепи двигателя равна:
где ka — коэффициент усиления преобразователя (управ-
ляемого выпрямителя).
Используем ПЯ-регулятор с передаточной функцией
^Р.Лр) = (т0+\)1Тир.
469
Тогда передаточная функция разомкнутого контура тока
We.M = {T^rt+nT^- <I2:5)
С целью компенсации большой постоянной времени кон-
тура примем То = Тэ (необходимую форсировку для этой
компенсации будет создавать регулятор, воздействуя на
преобразователь). Тогда
('«)
и передаточная функция замкнутого контура
iw ______ ^р (Р) 	/19 7\
3'АР) i + Wp(P)kl -T^RT~f^R^~’ ( °
“М   ₽ 2+~kJTP + l
I п	1 п
'т. е. замкнутый контур представляет собой систему второго
порядка.
Для того чтобы получить в этой системе оптимальный
переходный процесс, нужно, чтобы коэффициент затухания
был равен ]/2/2 = 0,707. Это условие будет выполнено, если
коэффициент при р в характеристическом уравнении си-
стемы [знаменатель (12.7) приравнен нулю] будет равен:
-^ = 27\,	(12.8)
откуда
701 = 2WX	(12.8а)
В соответствии с обозначениями на рис. 12.2, б и форму-
лой (12.3) параметры /7Я-регулятора тока определяются
при принятых значениях То и Тп из равенств
Т01 = /?1С = 2ТЛадз; (12.9)
П = /?о,сС = Т9.	(12.10)
Передаточная функция регулятора тока примет вид:
02.11)
При таком регуляторе тока передаточная функция зам-
кнутого контура
^3, К (Р) = 2T'fp24-27’1p + Г 2Т^Г(Т5нЛ)+1 	2•12)
470
Как видно из этой передаточной функции, получилось
характеристическое уравнение контура с оптимальный
соотношением коэффициентов (см. табл. 12.1), что и требо-
валось. Значит, переходный процесс в контуре тока при вы-
бранной настройке регулятора будет оптимальным при
скачке UM (or = 4,39 %,	= 4,7 TJ. В результате про-
веденных операций получилась замена двух инерционных
звеньев (одно с большой постоянной времени) колебатель-
ным звеном (с коэффициентом затухания 0,707), близким
к инерционному звену с постоянной времени 27\, т. е. су-
щественно повысилось быстродействие контура при хоро-
шем качестве переходного процесса. Следует отметить, что
коэффициент при 7\ в характеристических уравнениях
табл. 12.1 не обязательно брать равным 2й. Вместо 2 можно
брать число большее или меньшее. В первом случае процесс
будет протекать более медленно и с меньшим перерегулиро-
ванием или без него, во втором — более быстро, но с боль-
шим перерегулированием.
Полученную изложенным способом настройку контура
тока сохраняют и при вращающемся якоре, когда проявля-
ется влияние ЭДС вращения. При Тя > 27\ и ТЯ^Т1
(где Тк — электромеханическая постоянная времени при-
вода) это влияние на переходный процесс в контуре тока
при изменении задания тока оказывается несущественным.
Аналогичным образом, как и в случае контура тока,
рассчитывается настройка (параметры регулятора) кон-
тура регулирования скорости. В этом контуре используется
либо /7-регулятор, либо /777-регулятор скорости.
/7-регулятор применяется при малом диапазоне регули-
рования угловой скорости. Коэффициент усиления регуля-
тора и его параметры (в соответствии с обозначениями на
рис. 12.1, б и 12.2, а) при настройке на технический опти-
мум по управляющему воздействию рассчитываются по
формуле
, Т k,c R .
1?	___ м 1	— о. с
“₽'с~4Ги?Л>	’
(12.13)
где с — кФ.
При этом характеристическое уравнение контура полу-
чается третьего порядка, а переходный процесс с соответ-
ственно большим перерегулированием и временем (см.
табл. 12.1), чем в контуре тока.
Так как параметры регулятора выбираются из условия
обеспечения заданного качества переходного процесса, то
471
жесткость механических характеристик привода оказыва-
ется неконтролируемой и обычно невысокой. Отношение
статического падения угловой скорости в системе с /7-ре-
гулятором скорости Дйс,з к статическому падению угловой
скорости при работе двигателя в разомкнутой системе
Дсос,р = IzRJc равно
Дсос, з/Д^с, р —	(12.14)
Из (12.14) следует, что при Т№ < 47\ статический
перепад угловой скорости в системе подчиненного регулиро-
вания будет больше, чем в разомкнутой системе. Зависимость
статического перепада угловой скорости от электромехани-
ческой постоянной времени привода Тк объясняется зави-
симостью (12.13) коэффициента усиления /7-регулятора
скорости от этого параметра: чем больше Т.,, тем больше
/гр,„ тем меньше статическое падение угловой скорости,
как и во всякой статической системе регулирования.
Действие системы подчиненного регулирования с /7-ре-
гулятором скорости (рис. 12.1, б) в установившемся режиме
сводится к следующему. При увеличении момента нагрузки
на валу снижается угловая скорость двигателя, увеличи-
вается сигнал с выхода регулятора скорости PC, т. е. возра-
стает задание тока U3,T контуру тока, увеличивается ЭДС
преобразователя П (управляемого выпрямителя) и увели-
чивается ток якоря соответственно значению £73> т. Чем мень-
ше йр>с, тем больше должна быть ошибка по скорости (Дсо =
= w3 — ю) при одном и том же моменте нагрузки, т. е. при
одном и том же задании тока [73,т.
Система с /7-регулятором скорости часто называется
однократно интегрирующей системой с обратной связью по
скорости.
При большом диапазоне регулирования и в случаях,
когда система с /7-регулятором не обеспечивает требуемого
статизма механических характеристик, применяют ПИ-'ре-
гулятор скорости, при котором система становится астати-
ческой по угловой скорости, т. е. не имеет статической
ошибки регулирования. Она называется двукратно интегри-
рующей системой с обратной связью по скорости.
Коэффициент усиления ////-регулятора (пропорциональ-
ная часть) определяется формулой (12.13), постоянная вре-
мени То интегральной части принимается равной
7’о = /?0,с C = 8Tlf
(12.15)
472
т. е. передаточная функция ЯЯ-регулятора имеет вид:
Tk,c 8ЛР4-1
Однако при таком регуляторе (настройка на так назы-
ваемый симметричный оптимум) при скачке входного сиг-
нала перерегулирование по угловой скорости составит
43 %, хотя время регулирования tY = 6,2TV Перерегули-
рование уменьшают до 6,2 %, что соответствует техниче-
скому оптимуму, установкой на входе регулятора инерцион-
ного звена (фильтра) с передаточной функцией
Ги,3(р) = 1/(8Лр+1).	(12.17)
При этом время регулирования возрастает до =
= 14,4 7\. Характеристическое уравнение контура скорости
при ЯЯ-регуляторе получается четвертого порядка (см.
табл. 12.1).
Если на вход Я- или ЯЯ-регулятора скорости подать
задающий сигнал П31С скачком, то угловая скорость уста-
новится за указанное время и с указанным перерегулирова-
нием, но при отсутствии каких-либо ограничений на зна-
чение тока якоря, ЭДС выпрямителя, на ускорение меха-
низма и т. п. Практически ток якоря при этом превзойдет
допустимое значение, поэтому должно быть предусмотрено
ограничение тока. В системе подчиненного регулирования
оно выполняется достаточно просто — для этого нужно
ограничить максимальный уровень сигнала задания тока
Я31Т, т. е. сигнала на выходе регулятора скорости. Ограни-
чение этого сигнала достигается установкой в цепь обрат-
ной связи усилителя стабилитронов V, как это показано
на рис. 12.5. Так же включаются стабилитроны в случае
Я-регулятора скорости. При такой схеме ограничения тока
и изменения П3,с скачком регулятор скорости сразу входит
в ограничение, т. е. устанавливается скачком U3^max,
соответствующее допустимому току якоря, контур тока отра-
батывает это задание за время t — 4,77\ с перерегулирова-
нием 4,33 %, и привод разгоняется с постоянным значением
тока. Ускорение привода будет зависеть от момента инер-
ции и момента статической нагрузки. По достижении задан-
ной угловой скорости (при небольшом ее перерегулирова-
нии в случае ЯЯ-регулятора или при угловой скорости,
несколько меньшей заданной в случае Я-регулятора) за
счет сигнала обратной связи по скорости регулятор выйдет
473
из зоны ограничения и будет уменьшать {/3-т до уровня,
определяемого нагрузкой.
При перегрузке или стопорении привода резкое сниже-
ние угловой скорости, т. е. сигнала отрицательной обратной
связи по скорости, также вводит регулятор скорости в зону
ограничения, и привод работает с постоянным допустимым
моментом. Изменяя уровень ограничения (73>т, можно изме-
нять значение этого момента.
Механические характеристики двигателя, получающи-
еся при его работе в системе подчиненного регулирования,
приведены на рис. 12.6.
Рис. 12.5. Принципиальная схема блока регуляторов двухконтурной
системы подчиненного регулирования угловой скорости двигателя по-
стоянного тока независимого возбуждения с ограничением тока якоря
посредством стабилитронов V.
Ограничение тока двигателя при пусках и торможениях
в системах подчиненного регулирования обычно достигается
не ограничением выходного сигнала регулятора скорости
(ограничение сохраняется как средство защиты), а приме-
нением задатчика интенсивности ЗИ (см. рис. 12.1, б),
посредством которого сигнал задания скорости изменяется
не скачком, а линейно во времени до требуемого уровня.
Ток якоря при этом устанавливается и спадает в конце
пуска или торможения по оптимальному закону, а угловая
скорость привода при Л1с — const изменяется по линейному
закону, следуя за сигналом задатчика интенсивности(по-
добные переходные процессы подробно рассмотрены в гл. 8).
Основным достоинством применения задатчика интенсивно-
сти является независимость значения ускорения привода
от статического момента.
474
При ударном приложении нагрузки переходный процесс
в однократно интегрирующей системе протекает за то же
время и с тем же перерегулированием, что и при управля-
ющем воздействии, а перепад угловой скорости устанавли-
вается в соответствии с равенством (12.14). В двукратно
интегрирующей системе возникает динамическое падение
угловой скорости, примерно равное статическому падению
угловой скорости в системе с /7-регулятором скорости, при-
чем это сопровождается 53 %-ным перерегулированием
тока якоря; время восстановления угловой скорости равно
Рис. 12.6. Механические характеристики двигателя постоянного тока
независимого возбуждения в системе подчиненного регулирования
с ограничением тока якоря (выходного сигнала регулятора скорости).
15,5т1!. Эти неблагоприятные свойства рассмотренных си-
стем подчиненного регулирования в известной мере ограни-
чивают область их применения. Разработаны схемы, поз-
воляющие уменьшить динамическое падение угловой скоро-
сти в астатической по скорости системе. Другой недостаток
систем подчиненного регулирования — это уменьшение бы-
стродействия системы примерно в 2т-1 раз по мере роста
числа последовательных контуров; т — номер контура.
Поэтому используется число последовательных контуров
не более трех-четырех.
Системы, построенные по принципу подчиненного регу-
лирования, нашли широкое применение не только во всех
видах систем регулирования угловой скорости и положения
приводов постоянного тока (в том числе в системах регули-
475
рования угловой скорости ослаблением потока), но и во
всех системах приводов переменного тока (одна из таких
систем уже рассматривалась в гл. 6). Далее в этой главе
приводится много примеров систем электропривода, исполь-
зующих принцип подчиненного регулирования.
Способствуют широкому распространению систем под-
чиненного регулирования не только их достоинства, отме-
ченные выше, но и выпуск промышленностью унифициро-
ванных блочных систем регулирования УБСР-А и
УБСР-АИ (на интегральных элементах), содержащих не-
обходимый для технической реализации систем подчинен-
ного регулирования набор готовых усилителей, датчиков,
источников питания, функциональных блоков, задатчиков
интенсивности и т. п.
Следует, однако, отметить, что постоянно возрастающие
требования к точности и быстродействию привода и более
широкие и универсальные для выполнения этих требова-
ний возможности, предоставляемые современной цифровой
вычислительной техникой и ее элементной базой по сравне-
нию с аналоговой, привели к разработкам и все большему
внедрению систем электропривода с цифровым управле-
нием, в частности с микропроцессорным, в которых все
измерения, передача информации, ее обработка и выработка
оптимальных управляющих воздействий на систему привода
и ее координаты производятся в цифровом виде. Подробное
рассмотрение этих систем выходит за рамки данного курса.
Некоторое представление о цифровом управлении дается
в гл. 13 при рассмотрении программного управления.
12.3.	Схемы привода постоянного тока
с магнитными усилителями
Упрощенная принципиальная электрическая схема
привода с двигателем постоянного тока независимого возбуждения и
с магнитным усилителем (система МУ—Д) приведена на рис. 12.7.
Силовой преобразователь состоит из неуправляемого полупроводниково-
го выпрямителя,собранного по трехфазной мостовой схеме, в каждое
плечо моста которого включено по силовой обмотке магнитного уси-
лителя (1ш/— &wl). Регулирование напряжения на выходе преобра-
зователя происходит за счет изменения магнитного состояния сердеч-
ников, на которых расположены силовые обмотки магнитного усили-
теля, т. е. за счет изменения индуктивности этих обмоток, магнитное
состояние сердечников зависит от токов, протекающих в обмотках уп-
равления w2 и w3, и тока в силовых обмотках усилителя. Ток в силовых
обмотках подмагничивает сердечники. Действие тока в обмотках уп-
равления, охватывающих сердечники, зависит от его направления,
476
Такой преобразователь по существу является выпрямителем с ре-
гулируемым внутренним сопротивлением. Подмагничивание сердеч-
ников вызывает уменьшение этого внутреннего сопротивления и уве-
личение напряжения на нагрузке при данном токе.
Обмотка управления w2 включена на разность напряжений, одно
из которых снимается с якоря двигателя, а другое определяется задаю-
щим напряжением, снимаемым с потенциометров Rl, R2, и может быть
изменено в зависимости от требуемой угловой скорости привода. Таким
образом реализуется отрицательная обратная связь по напряжению
на якоре двигателя.
Рис. 12.7, Упрощенная принципиальная электрическая схема привода
с двигателем постоянного тока независимого возбуждения и магнитным
усилителем (система МУ — Д).
Через обмотку управления w3 протекает ток, пропорциональный
току нагрузки; она получает сигнал через выпрямитель ВП от трансфор-
матора тока ТТ, включенного в силовой цепи. Магнитодвижущая сила
этой обмотки регулируется резистором R4. Посредством обмотки w3
таким образом реализуется положительная обратная связь по току
нагрузки.
Применение указанных обратных связей обеспечивает диапазон
регулирования 10 : 1. Напряжение, подводимое к двигателю, автомати-
чески меняется с изменением угловой скорости привода, связанным
с изменением нагрузки; при снижении угловой скорости оно возрастает
и с увеличением падает.
Для расширения диапазона регулирования до 100 : 1 необходимо
увеличить коэффициент усиления системы и ввести обратную связь по
477

скорости. Упрощенная принципиальная электрическая схема для этого
случая приведена на рис. 12.8. Здесь цепь якоря двигателя М получаег
питание от трехфазного выпрямительного моста ВП2, подключенного
к сети переменного тока через попарно параллельно включенные силовые
обмотки wl магнитных усилителей, каждая из которых соединена по-
следовательно с диодом (выпрямитель ВП1), т. е. по схеме с самопод-
магничиваиием. Обмотка управления w2, включенная на выход про-
межуточного полупроводникового (транзисторного), трехкаскадного
промежуточного нереверсивного усилителя ПУ, является одновремен-
но задающей обмоткой н обмоткой, посредством которой, а также уси-
лителя и тахогенератора GT реализуется обратная связь по скорости.
Обмоткой смещения служит обмотка w3, получающая питание от от-
дельного источника выпрямленного напряжения.
Рис. 12.8, Упрощенная принципиальная электрическая схема привода
по системе МУ — Д с обратной связью по скорости.
Для задания необходимой угловой скорости двигателя служат два
потенциометра R1 и R2 — первый для грубой настройки на всем диа-
пазоне, второй для точной настройки при низких угловых скоростях.
Задающее напряжение снимается с указанных потенциометров, сравни-
вается с напряжением тахогенератора; разность этих напряжений по-
дается на вход промежуточного усилителя и после усиления на обмотку
управления.
Для стабилизации системы и достижения требуемого качества
переходных процессов используется гибкая отрицательная обратная
связь по напряжению на якоре двигателя с помощью цепочки R5—С4,
выходной сигнал с которой подается на резистор R3, включенный на
вход промежуточного усилителя. Для защиты промежуточного усили-
теля от перенапряжений в процессе пуска на его вход включены диоды
VI н V2. Защита двигателя от чрезмерных токов осуществляется узлом
токоограничения, на вход которого подается сигнал с трансформатора
478
тока ТТ, включенного в силовую цепь магнитного усилителя. Если ток
превышает допустимое значение, то растет выпрямленное значение тока
на выходе моста ВПЗ, и отпираются стабилитроны V3 и V4\ возникаю-
щее при этом напряжение на резисторе R10 призакрывает промежуточ-
ный усилитель ПУ, что приводит к уменьшению тока в обмотке и якоре
двигателя. Для установления допустимой уставки тока при пуске
служит резистор R9.
12.4.	Системы управления двигателями
постоянного тока с тиристорными
выпрямителями
В замкнутых системах автоматического регу-
лирования, в которых двигатель питается от управляемого
преобразователя, введением обратных связей удается полу-
чить не только жесткие механические характеристики
в статике, но и возможно сформировать необходимое ка-
чество переходных режимов при пуске, торможении и
реверсировании.
Для управления двигателями постоянного тока сред-
ней и большой мощности чаще всего могут быть исполь-
зованы управляемые выпрямители, выполненные по трех-
фазной мостовой схеме. Удешевление и упрощение мосто-
вых схем достигается включением тиристоров в одну
половину моста, в другую — включаются диоды, что в срав-
нении с симметричными мостовыми схемами дает сокраще-
ние вдвое числа тиристоров, и во столько же раз умень-
шается число каналов управления. Недостатками этой
схемы являются снижение частоты пульсации выпрямлен-
ного напряжения тока и невозможность получения реку-
перативного торможения.
Нулевые схемы в тиристорных выпрямителях исполь-
зуются в приводах небольшой мощности с напряжением 115
и 230 В.
Трехфазная мостовая схема нашла наибольшее приме-
нение, так как она обладает лучшими энергетическими
показателями, лучшим использованием питающих транс-
форматоров; в некоторых случаях в зависимости от номи-
нального напряжения двигателя можно трансформатор
заменить токоограничивающими реакторами.
Упрощенная принципиальная электрическая схема ре-
версивного привода по системе тиристорный управляемый
выпрямитель — двигатель (УВ—Д) приведена на рис. 12.9.
Преобразователь включен по трехфазной нулевой схеме
и состоит из двух комплектов тиристоров VI, V3, V5 и
479
V2, V4, V6, силового трансформатора T, блоков управле-
ния тиристорами БУ1—БУ6, формирующих импульсы
управления, блока пилообразного напряжения БПН, транс-
форматора 777, блока питания БП, от которого получают
напряжение транзисторный усилитель У и блоки управ-
ления БУ1—БУ 6.
Рис. 12.9. Упрощенная принципиальная электрическая схема ревер-
сивного привода по системе УВ — Д,
Для защиты тиристоров и двигателя от перегрузок
в каждой группе включен узел токоограничения БТ01 —
БТО2, состоящий из трех трансформаторов тока, первич-
ные обмотки которых включены в силовую цепь. Вторич-
ные обмотки трансформаторов тока включены на нагру-
зочные резисторы. Напряжение, пропорциональное току
нагрузки первичной цепи, снимается с этих резисторов,
выпрямляется и после сглаживания подается на усили-
тель У через стабилитрон. При условии увеличения тока
нагрузки против установленного значения усилитель У
закрывается, резко снижается напряжение на якоре дви-
480
гателя; ток в двигателе будет протекать до тех пор, пока
не сработает тепловая защита автомата.
Узел задания угловой скорости и управления пуском
и торможением выполнен с помощью потенциометра R1,
получающего питание от стабилизированного источника
питания через контакты реле. С помощью тахогенератора GT
реализуется отрицательная обратная связь по скорости
двигателя. Разность задающего напряжения и сигнала
обратной связи подается на вход усилителя У.
Изменение направления вращения двигателя осуще-
ствляется включением контактов КВ или КН. Плавное
регулирование угловой скорости привода вплоть до основ-
ной производится изменением угла включения тиристо-
ров VI — V6. Возможно повышение угловой скорости
ослаблением поля, когда включается реле РУ, обмотка
которого не показана. При включении реле РУ обратная
связь по скорости отключается. Для ограничения напря-
жения на якоре тахогенератора при угловых скоростях
выше основной в цепь его возбуждения вводится рези-
стор R3.
Последовательно с усилителем У включен блок коррек-
ции БК, предназначенный для ослабления или устранения
возникающих в переходных процессах колебаний. Блок
коррекции представляет собой простое интегродифферен-
цирующее звено (его схема приведена на рис. 12.9 в верх-
нем левом углу).
Благодаря высокому коэффициенту усиления удается
в такой схеме получить диапазон регулирования в преде-
лах 300 : 1 при высоких динамических показателях.
На рис. 12.10 представлена схема управления приводом
по системе УВ—Д с подчиненным регулированием и после-
довательной коррекцией. В ней якорь двигателя М. полу-
чает питание от нереверсивного тиристорного выпрями-
теля, включенного по ,мостовой схеме. На одном валу с дви-
гателем установлен тахогенератор GT, осуществляющий
отрицательную обратную связь, сигнал которой пропор-
ционален угловой скорости двигателя Б0,с = /гсю. Задаю-
щий сигнал С/3,с поступает от бесконтактного командо-
контроллера БКК через задатчик интенсивности ЗИ.
Рассматриваемая схема является двухконтурной. Кроме
внешнего контура регулирования скорости, в ней обра-
зован внутренний замкнутый контур регулирования тока,
потребляемого якорем двигателя. Сигнал отрицательной
обратной связи по току t/OrT == KR снимается с датчика
1в Чиликин М. Г., Сандлер А. С.
481

тока ДТ и вводится на вход регулятора тока РТ. Этот
сигнал вычитается из сигнала на выходе PC. Поэтому
выходной сигнал PC является задающим для регуля-
тора РТ. На выходе РТ формируется сигнал Uy, который
подается в систему фазового управления БУТ тиристор-
ного управляемого выпрямителя ТУ В.
Для ограничения тока якоря при пуске в цепи обрат-
ной связи регулятора скорости PC установлен стабили-
трон V7. Обычно в системах с подчиненным регулированием
применяется задатчик интенсивности ЗИ, включаемый
между командоаппаратом БКК и входом регулятора PC.
Принципиальная схема ЗИ показана на рис. 12.11.
На вход ЗИ подается входное напряжение UBX, являю-
щееся напряжением пита-
ния коллектора транзисто-
ра V, включенного по схе-
ме с общей базой. Эмиттер-
ная цепь V питается от
стабилизированного напря-
жения U3. Ток эмиттера
определяет соответствую-
щее значение тока коллек-
тора, который в этой схе-
ме включения транзистора
практически не зависит от
Рис. 12.11. Принципиальная схема
напряжения коллектора, задатчика интенсивности.
Процесс заряда и разряда
конденсатора С при включении напряжения UBX проис-
ходит с постоянным током заряда или разряда, поэтому
напряжение на конденсаторе, следовательно на выходе
задатчика интенсивности, изменяется во времени линейно
до значения 1ДЫх = UBX. Знак выходного напряжения оп-
ределяется знаком входного. Ток коллектора транзистора
при этом сохраняет свое направление благодаря выпря-
мителю В.
Для реверсивных приводов с небольшим числом вклю-
чений (не более 300 включений в час) при относительно
небольшой мощности (до 250 кВт) может быть использо-
ван нереверсивный тиристорный выпрямитель с контакт-
ным реверсором. В этом случае вместо реверсивного пре-
образователя с двумя комплектами вентилей и более слож-
ной схемой управления используется относительно про-
стая схема с одним комплектом тиристоров. Краткое
описание такой упрощенной силовой схемы в разомкнутой
16*
483
системе дано в гл. 4. Использование контактного ревер-
сора предусматривает коммутацию силовых цепей двига-
теля при отсутствии тока. Бестоковая коммутация увели-
чивает срок службы реверсора при меньших его габаритах,
повышает надежность.
Типовая схема реверсивного электропривода с кон-
тактным реверсором и с двухзонным регулированием
угловой скорости показана на рис. 12.12. Нереверсивный
тиристорный выпрямитель подключается к сети перемен-
ного тока через автомат В А, линейный контактор КЛ
и токоограничивающие реакторы Р.
Для перевода двигателя из двигательного режима ра-
боты в генераторный (из первого квадранта во второй)
необходимо переключить контакты реверсора, изменив
одновременно полярность ЭДС преобразователя, что до-
стигается переводом выпрямителя из выпрямительного
режима в инверторный. Переключение реверсора осуще-
ствляется автоматически логическим переключающим уст-
ройством ЛПУ в результате сравнения заданного и фак-
тического знака (направления) тока якоря. Заданный
знак определяется полярностью напряжения на промежу-
точном выходе регулятора скорости PC (выходной сигнал
регулятора скорости U3,T является выпрямленным). Фак-
тический знак тока якоря определяется замкнутым состоя-
нием одного из вспомогательных контактов реверсора.
Если появляется необходимость переключения реверсора
(из-за несовпадения заданного и фактического знаков тока
якоря), то ЛПУ выдает сигнал ограничения на регулятор
скорости и блокирует регулятор тока, в результате чего
выпрямитель переводится в инверторный режим. Когда
ток в цепи якоря спадает до 0, происходит переключение
реверсора, и регуляторы PC и РТ деблокируются. Если
фактическая угловая скорость выше заданной (при тор-
можении в процессе реверса или остановки привода), то
поддерживается инверторный режим работы выпрямителя
и энергия от двигателя возвращается в сеть.
Регулирование угловой скорости выше основной произ-
водится при так называемом зависимом управлении полем,
когда это управление ведется путем стабилизации ЭДС
якоря посредством ослабления поля. На вход регулятора
тока возбуждения РТВ подаются заданное значение ЭДС
и отрицательная обратная связь по ЭДС. Сигнал этой связи
получается путем вычитания из сигнала, пропорциональ-
ного напряжению на якоре, сигнала, пропорционального
484
Рис. 12.12. Типовая схема реверсивного электропривода с контактным реверсором и с двухзонным регулирова-
нием угловой скорости.
падению напряжения на внутреннем сопротивлении якор-
ной цепи двигателя (исключая сопротивление выпрями-
теля). При угловой скорости до номинальной, когда ЭДС
якоря меньше номинальной, РТВ находится в режиме
ограничения, благодаря чему задается номинальный ток
возбуждения двигателя. При заданной значением С/3,с
угловой скорости выше номинальной регулятор скорости
будет стремиться увеличить ЭДС двигателя выше номи-
нальной до тех пор, пока не будет достигнуто заданное
значение угловой скорости, что приведет к выходу из огра-
ничения на рабочую характеристику РТВ, который будет
уменьшать ток возбуждения, стремясь поддержать задан-
ное значение ЭДС якоря двигателя. В установившемся
режиме ЭДС равна заданной, а ток возбуждения соот-
ветствует заданному значению угловой скорости.
Выпрямитель в цепи возбуждения выполнен по одно-
фазной мостовой несимметричной схеме на двух тиристорах
и двух диодах.
Кроме рассмотренного способа реверсивного управле-
ния двигателем, возможны следующие:
1)	изменением направления потока возбуждения дви-
гателя с неизменным по направлению током якоря;
2)	изменением направления тока якоря двигателя при
использовании двух групп вентилей.
Первый из этих способов реверса прост и дешевле
других, но уступает им по динамическим показателям
из-за большой постоянной времени обмотки возбуждения
двигателя. Схема с двумя комплектами вентилей в ревер-
сивном преобразователе нашла широкое применение и
обеспечивает высокое быстродействие.
Применяются два способа управления вентильными
комплектами: совместное и раздельное. Кроме того, при
совместном управлении различают согласованное и несо-
гласованное.
При совместном согласованном управлении средние
значения ЭДС выпрямительного и инверторного комплек-
тов равны друг другу и противоположны по знаку, но
мгновенные значения не равны, вследствие чего в замкну-
тых контурах, образованных тиристорными комплектами
и источником питания, течет уравнительный ток, который
необходимо ограничить реакторами (уравнительный ток
ограничивают примерно до 10 % номинального тока).
В случае совместного несогласованного управления
среднее значение ЭДС инверторного комплекта превы-
486
шает ЭДС выпрямительной группы. При минимальном
угле инвертирования уменьшается уравнительный ток,
и поэтому для его ограничения необходимо включение
реакторов в цепь уравнительного тока значительно мень-
шей индуктивности, чем в первом случае.
При раздельном управлении исключается необходи-
мость в уравнительных реакторах. Раздельное управление
Рис. 12.13. Типовая схема электропривода с реверсивным тиристор-
ным преобразователем с раздельным управлением комплектами тири-
сторов и двухзонным регулированием угловой скорости.
предполагает подачу управляющих импульсов на тот
комплект вентилей, который должен в данный момент
работать, с другого комплекта вентилей должны быть сняты
управляющие импульсы, что выполняется специальным
логическим устройством, определяющим момент равен-
ства 0 тока нагрузки (вентилей) и блокирующим управ-
ляющие импульсы ранее работавшего комплекта вентилей.
После некоторой паузы (около 5—10 мс) разрешается
подача импульсов на вентили другой группы. При раз-
дельном управлении повышается КПД электропривода
из-за исключения уравнительных токов.
487
На рис. 12.13 показана типовая схема электропривода
с реверсивным тиристорным преобразователем с раздель-
ным управлением и двухзонным регулированием угловой
скорости. В схеме, построенной по принципу подчиненного
регулирования, используются задатчик интенсивности ЗИ,
два ПЯ-регулятора PC и РТ и логическое переключаю-
щее устройство ЛПУ, которое переключает выходы блока
БУТ1, подающие управляющие импульсы на разные ком-
плекты тиристоров VI — V6 и V7—V12 выпрямителя.
Двухзонное регулирование угловой скорости производится
таким же образом, как и в схеме с реверсором (см.
рис. 12.12).
12.5.	Система частотного управления
асинхронным двигателем
Одна из возможных схем автоматического управления
асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором, управляемым
с помощью тиристорного преобразователя частоты с автономным ин-
вертором тока, представлена на рис. 12.14. В ней силовая часть преоб-
разователя, описанная подробно в гл.6, сочетается с упрощенной схе-
мой блока регулирования, формирующего необходимую связь между
током и скольжением в статических и динамических режимах. Блок по-
строен по принципу подчиненного регулирования.
Входными сигналами блока регулирования являются: задающее
напряжение £/3,с, определяющее частоту автономного инвертора тока
АИТ, напряжение отрицательной обратной связи по выпрямленному
току £/;, снимаемое с датчика тока ДТ, и напряжение £/га отрицательной
обратной связи по угловой скорости асинхронного двигателя, снимае-
мое с датчика ДС.
Блок регулирования состоит из четырех операционных усилителей,
выполненных на интегральных микросхемах.
Регулирование выпрямленного тока (и следовательно, тока статора
двигателя) осуществляется с помощью регулятора тока РТ, воздей-
ствующего через систему управления выпрямителем СУВ на угол вклю-
чения тиристоров управляемого выпрямителя УВ. Регулятор тока РТ
собран на операционном усилителе по схеме Я/7-регулятора. На его
вход через резисторы RI0 и R11 подаются сигналы отрицательной об-
ратной связи по току U[ и задающий сигнал С73,т, пропорциональный
модулю скольжения двигателя. Регулятор РТ обеспечивает в статичес-
ких режимах точное соответствие тока статора задающему сигналу С73,т
независимо от выходной частоты АИТ.
С помощью регулятора скольжения PC (работает подобно /7-регу-
лятору скорости в системе постоянного тока) производятся вычитание
из задающего напряжения [73,с сигнала Ua, пропорционального угло-
вой скорости ротора, и усиление разностного сигнала, т. е. вырабаты-
вается сигнал, пропорциональный скольжению двигателя.
Так как ток в звене выпрямленного напряжения не меняет своего
знака независимо от режима работы двигателя, а скольжение свой знак
изменяет, то знак задающего напряжения £/3,т должен сохраняться
неизменным независимо от знака скольжения,
488
••  Операция выделения модуля напряжения | t/p J производится
с помощью диодов V14 н V15 и инвертора знака, собранного на усили-
теле И.
На входе регулятора частоты РЧ производится суммирование
сигналов скольжения с выхода PC и угловой скорости с датчика ДС,
а напряжение Uf с выхода РЧ подается на систему управления авто-
номным инвертором СУЙ, управляющую выходной частотой АИТ.
Таким образом, регуляторы тока РТ и частоты РЧ подчинены регуля-
тору скольжения PC. Но выходной сигнал PC не является задающим
сигналом для регулятора РЧ, в частности, потому, что на этот регуля-
тор вводится не отрицательная, а положительная обратная связь по
угловой скорости.
Рис, 12.14. Схема автоматического управления асинхронным двигате-
лем с короткозамкнутым ротором, управляемым тиристорным преобра-
зователем с автономным инвертором тока.
Стабилитрон V13 предназначен для ограничения скольжения
(если для подачи U3,c на вход PC не используется задатчик интенсив-
ности), а следовательно, значения тока в переходных и аварийных
режимах.
Параметры регулятора частоты РЧ выбраны так, что с увеличением
нагрузки на валу двигателя на рабочем участке его механической харак-
теристики частота иа выходе АИТ остается постоянной вследствие того,
что уменьшение сигнала угловой скорости компенсируется соответ-
ствующим увеличением сигнала скольжения. Пропорционально уве-
личению сигнала скольжения растет ток двигателя. Коэффициент про-
порциональности подобран таким, чтобы жесткость механической харак-
48Э
теристики была такой же, как у естественной характеристики двига-
теля. При дальнейшем увеличении момента нагрузки открывается ста-
билитрон V13, после чего скольжение, ток и момент двигателя остаются
постоянными, а частота на выходе АИТ и угловая скорость двигателя
снижаются, что соответствует вертикальному участку механической
характеристики.
Аналогично при подаче скачком задающего напряжения U3,z
открывается стабилитрон V13, и в первый момент напряжение =
= Йртад-, так как со = 0. С увеличением угловой скорости происходит
частотный пуск двигателя при постоянном скольжении и соответствую-
щих ему постоянных токе статора и моменте двигателя. По окончании
пуска напряжение Ua, поступающее со стороны датчика угловой ско-
рости, становится близким к задающему U3,z. Стабилитрон V13 закры-
вается, и угловая скорость привода устанавливается в соответствии
с задающим сигналом.
Темп пуска определяется заданными значениями максимального
скольжения, тока и момента, развиваемого двигателем, а также стати-
ческим моментом и не зависит от U3,z.
Торможение двигателя осуществляется отключением напряжения
(7ЗС. При этом торможение происходит с отдачей энергии в сеть. В этом
случае открывается стабилитрон V13, но уже при другом знаке сигнала
скольжения по сравнению с пуском, и на входе РЧ сигнал скольжения
теперь вычитается из сигнала угловой скорости, частота на выходе ЛИТ
уменьшается, и двигатель переходит в генераторный режим (скольже-
ние стало отрицательным).
По мере снижения угловой скорости снижается частота, происходит
частотное торможение, как и пуск, при неизменных значениях тока,
момента двигателя н скольжения.
При реверсировании двигателя (изменение полярности С73,с)
сначала осуществляется торможение до полной остановки с последую-
щим бесконтактным переключением чередования фаз на выходе АЙТ,
осуществляемым посредством системы управления инвертором, после
чего двигатель разгоняется в обратную сторону.
Стабилитроны V16, установленные в цепи обратной связи регуля-
тора тока, ограничивают максимальный уровень сигнала управления
выпрямителем Ua, т. е. максимальные значения ЭДС в выпрямительном
и инверторном режимах его работы.
12.6.	Система управления асинхронно-
вентильным каскадом
На рис. 12.15 приведена построенная аналогично сис-
темам подчиненного регулирования приводов постоянного тока двух-
контурная система управления АВК, позволяющая оптимизировать его
статические и динамические режимы. Внешнему контуру регулирования
угловой скорости подчинен внутренний контур регулирования выпрям-
ленного тока. Задающим напряжением для регулятора РТ внутреннего
контура является выходное напряжение регулятора скорости PC.
В данном случае используется двукратно интегрирующая система под-
чиненного регулирования угловой скорости двигателя.
Схема содержит: задатчик интенсивности ЗИ, фильтр на входе
регулятора PC, состоящий из С1 и R1 и обеспечивающий настройку PC
на технический оптимум; ПИ-регуляторы PC и РТ, блоки ограниче-
ния БО, систему управления СИФУ, инвертор И,
490
Силовая часть схемы предполагает подключение статорной цепи
асинхронного двигателя М к сети при помощи линейного выключателя
КЛ и присоединения роторной цепи к неуправляемому выпрямителю В,
собранному по трехфазной мостовой схеме. Выпрямитель В через реак-
тор L соединен с инвертором И. Обратная связь по скорости осущест-
вляется тахогенератором GT, жестко связанным с валом двигателя;
напряжение тахогенератора подается на регулятор PC. Сигнал, пропор-
циональный току в цепи выпрямленного напряжения, снимается с шун-
та Ш и через датчик тока ДТ передается на регулятор РТ.
Так как АВК является не полностью управляемым электроприво-
дом (выпрямленный ток не может изменить своего направления), регуля-
торы PC и РТ должны иметь двустороннее несимметричное ограничение,
Рис. 12.15. Двухконтурная система управления АВК.
для чего служат диоды VI и V2, не допускающие появления на выходах
регуляторов напряжения другой полярности, чем полярность указан-
ных на рис. 12.15, и блоки БО, ограничивающие максимальные уровни
сигналов на выходах регуляторов.
Торможение электропривода по схеме АВК можно осуществить,
подавая постоянный ток в обмотку статора М. В процессе возникшего
в этом случае динамического торможения мощность скольжения реку-
перируется в сеть через инвертор. Управление процессом торможения
можно перенести в цепь ротора, использовав воздействие в виде изме-
нения угла включения тиристоров инвертора. Автоматизация режима
торможения в большинстве случаев не требует дополнительных регули-
рующих устройств по сравнению с двигательным режимом.
12.7.	Автоматическое управление
синхронными электроприводами
Если рассматривать синхронный двигатель в качестве
привода, нерегулируемого по угловой скорости, то задачи автомати-
ческого регулирования в зависимости от условий работы привода могут
быть сформулированы следующим образом.
491
Для приводов с мало или плавно изменяющейся нагрузкой следует
стремиться к поддержанию стабильности заданного тока возбуждения
и регулированию его по определенному закону (при переменной нагруз-
ке) для снижения потерь в двигателе или для поддержания реактивной
мощности и напряжения в узле нагрузки.
При кратковременной перегрузке и возможном снижении питаю-
щего напряжения следует повышать статическую устойчивость двига-
теля, увеличивая возбуждение. Это особенно необходимо при понижении
напряжения возбудителя.
В приводах, работающих с ударной нагрузкой, необходимо обес-
печить кратковременную форсировку возбуждения для повышения ди-
намической устойчивости.
Система автоматического регулирования возбуждения способствует
уменьшению качаний ротора относительно синхронной угловой скорости,
возникающих при ударной на-
грузке и приводящих к колеба-
ниям напряжения в питающей
сети и повышению потерь энер-
гии, а также неблагоприятно
сказывающихся на режиме ра-
боты приводимого механизма.
В приводах с пульсирую-
щей нагрузкой система автома-
тического регулирования воз-
буждения дает возможность ис-
Рис. 12.16. Структурная схема
системы регулирования возбуж-
дения синхронного двигателя с
тиристорным преобразователем
и общим суммирующим усили-
телем.
ключить синфазность в положении кривошипов нескольких механиз-
мов поршневых компрессоров, наличие которой может вызвать колеба-
ния в напряжении питающей сети.
Если режим работы спокойный, то к быстродействию системы регу-
лирования возбуждения не предъявляются высокие требования. Когда
приводы работают с резкопеременной нагрузкой, требования к системе
регулирования более жесткие, так как параметры привода быстро ме-
няют свои значения, поэтому привод должен отличаться высоким быст-
родействием, что обеспечивается использованием в системе регулирова-
ния сигнала по производной активной составляющей тока статора или
сигнала, пропорционального приращению внутреннего угла 6 синхрон-
ного двигателя, а также повышением кратности форсировки напряжения
возбуждения и снижением постоянных времени элементов системы воз-
буждения привода посредством использования вместо электромашинных
возбудителей тиристорных выпрямителей.
На рис. 12.16 приведена структурная схема системы регулирования
возбуждения с общим суммирующим усилителем РТВ. На вход регу-
лятора тока возбуждения РТВ подается задающий сигнал тока возбуж-
дения /в.3, сигнал гибкой положительной обратной связи по производ-
ной активного тока статора dljdt, поступающий от датчика активного
тока ДАТ через дифференциальный преобразователь ДП, сигнал жест-
492
кой отрицательной обратной связи по 1„, поступающий от датчика реак-
тивного тока статора ДРТ, и сигнал жесткой отрицательной обратной
связи по току возбуждения снимаемый с датчика ДТД. На входы
датчиков ДАТ и ДРТ поступают сигналы сдатчика полного тока статора
двигателя ДПТ н с трансформатора напряжения TH.
Управляемый тиристорный выпрямитель ТУВ, предназначенный
для питания обмотки возбуждения, подключен к сети напряжением
380 В через согласующий трансформатор ТС', выпрямитель управля-
ется системой импульсно-фазового управления СФУ, которая получает
управляющий сигнал с выхода регулятора тока возбуждения РТВ. Регу-
лятор РТВ выполнен на основе суммирующего магнитного усилителя.
Рис. 12.17. Структурная схема автоматического регулирования воз-
буждения синхронного двигателя с подчиненным регулированием.
На рис. 12.17 приведена структурная схема автоматического регу-
лирования возбуждения, построенная по принципу подчиненного регу-
лирования. Схема разработана во ВНИИЭлектропривод.
Первый внутренний контур — это контур регулирования тока
возбуждения с регулятором РТВ. Сигнал задания для этого контура
состоит из двух составляющих: I3,mtn — соответствует минимальному
значению тока возбуждения, создающему номинальную ЭДС двигателя
в режиме холостого хода; другая составляющая поступает от регуля-
тора задания тока возбуждения РЗТВ, входящего во второй контур
регулирования и предназначенного для изменения уставкн тока воз-
буждения в соответствии с изменением условий работы и нагрузки при-
вода.
На входе РЗТВ складываются три сигнала: сигнал, пропорцио-
нальный квадрату активного тока и идущий от датчика актнвнго тока
ДАТ через квадратичный преобразователь ПК и усилитель форсировки
УФ; сигнал, поступающий по другому каналу от того же датчика ДАТ
через дифференциальный преобразователь ДП, который образует на
493
выходе сигнал, пропорциональный производной dljdt\ сигнал с выхода
регулятора реактивного тока РРТ.
Регулятор РРТ входит в третий контур регулирования, на входе
которого алгебраически суммируется сигнал задания реактивного тока
/р,3 и сигнал жесткой отрицательной обратной связи по реактивному
току статора /р, поступающий с датчика ДРТ, и сигнал с выхода регу-
лятора напряжения PH.
Четвертый контур образуется с помощью регулятора PH, на вход
которого подаются сигнал задания U3 и сигнал обратной связи £7С,
выдаваемый датчиком напряжения ДН. На вход PH подключен сигнал
U3m!n с выхода узла, обеспечивающего при снижении напряжения сети
до 0,8—0,85 номинального резкое форсирование возбуждения за счет
резкого увеличения сигнала изт;п,
В отличие от традиционных систем подчиненного регулирования
с последовательной коррекцией, рассмотренных ранее, в системе на
рис. 12.17 выходной сигнал регулятора каждого внешнего контура не
является задающим сигналом для подчиненного ему внутреннего кон-
тура. Внешние контуры выполняют роль корректирующих контуров,
изменяющих задающий сигнал внутреннего подчиненного им контура.
Кроме того, второй внутренний контур не имеет жесткой отрицательной
обратной связи. На вход его подаются две положительных связи,
одна — по производной активной составляющей тока, предназначенная
для повышения динамической устойчивости привода (для форсировки
возбуждения) при ударном приложении нагрузки и действующая только
в переходных процессах, связанных с изменением нагрузки; другая —
нелинейная квадратичная компаундирующая по активной составляю-
щей тока статора (положительная по нагрузке), предназначенная для
компенсации падения напряжения в сети от тока нагрузки. Это падение
напряжения пропорционально квадрату активной составляющей тока
статора, что и обусловливает квадратичную характеристику компаунди-
рующей обратной связи.
Третий контур регулирования поддерживает постоянство отдачи
двигателем реактивной мощности. Действие этих трех контуров обеспе-
чивает двигателю высокие энергетические показатели, статическую
и динамическую устойчивость при резкопеременной нагрузке.
При изменении напряжения сети вступает в действие четвертый кон-
тур — контур регулирования напряжения, изменяющий уставку реак-
тивной составляющей тока статора и, следовательно, ток возбуждения
двигателя. При снижении напряжения сети (в узле нагрузки) двигатель
перевозбуждается с целью поддержания напряжения на шинах и его
перегрузочной способности. Поддерживать напряжение на шинах при
его снижении (тем более с высокой точностью) может только очень
мощный двигатель, разгружая питающие линии от реактивного тока
за счет генерирования реактивной мощности. При значительном сниже-
нии напряжения, как уже указывалось, резко возрастает от действия
специального устройства сигнал U3mtn и форсирует возбуждение для
повышения статической и динамической устойчивости двигателя.
12.8.	Управление приводами с вентильными
двигателями
Единственным способом регулирования угловой ско-
рости синхронного двигателя является частотное регулирование. Прак-
тически обычно оно реализуется в ВД (см. § 4.16); хотя иногда и при-
494
меняется обычное частотное управление синхронными двигателями,
в основном в разомкнутых системах.
Вентильный двигатель представляет собой единую систему, состоя-
щую из синхронного двигателя н преобразователя частоты с промежу-
точным звеном постоянного тока (выпрямитель — инвертор), вентили
инвертора которого коммутируются в функции положения ротора.
Инвертор, управляемый таким образом, фактически выполняет роль
коллектора обычной машины постоянного тока, а синхронный двига-
тель, работающий совместно с таким инвертором (коммутатором), при-
обретает свойства машины постоянного тока и называется бесколлек-
торной машиной постоянного тока (БМПТ) или ВД постоянного тока.
Для построения замкнутой системы управления ВД целесообразно
его представить в виде двух основных элементов — управляемого
выпрямителя и БМПТ. В этом случае могут быть использованы (и ис-
пользуются) для управления ВД рассмотренные ранее системы подчи-
ненного регулирования с последовательной коррекцией, содержащие
контур тока и контур скорости. Однако настройка регуляторов в случае
ВД должна учитывать зависимость параметров БМПТ от угла опереже-
ния Р инвертора, угловой скорости и значительную реакцию якоря.
В качестве инвертора, особенно при наличии контура тока, целесообраз-
но использовать инвертор тока.
В ВД средней и большой мощности часто используют синхронные
- двигатели обычной конструкции и естественную коммутацию вентилей
инвертора тока в функции напряжения статора двигателя. В этом слу-
чае устойчивая коммутация инвертора возможна в ограниченном диа-
пазоне регулирования угловой скорости (приблизительно до 0,1 <а11ом),
что усложняет процесс пуска двигателя и построение замкнутых систем
регулирования, которые должны отключаться на период асинхронного
пуска синхронного двигателя. Кроме того, в этих ВД сильное влияние
на характеристики и устойчивость ВД оказывает размагничивающая
реакция якоря. Поэтому систему регулирования угловой скорости и
тока якоря следует дополнять системой автоматического компаундного
(с положительной связью по току якоря) регулирования возбуждения
ВД. Вентильный двигатель на основе синхронных двигателей обычной
конструкции главным образом применяют в приводах с мало и медленно
изменяющейся продолжительной нагрузкой.
Для ВД следует создавать (и их создают) синхронные двигатели
специальных конструкций всего требуемого ряда мощностей и номи-
нальных угловых скоростей. Для возможности управления процессами
пуска, торможения и глубокого регулирования угловой скорости ВД
управление инвертором нужно производить посредством датчика поло-
жения ротора, устанавливаемого на валу ВД, и применять устройства
принудительной (искусственной) коммутации вентилей инвертора.
В некоторых случаях при высоких угловых скоростях осуществляется
переход от искусственной коммутации на естественную, но это услож-
няет систему управления инвертором.
Из ВД постоянного тока специальных конструкций представляют
интерес бесконтактные (бесщеточные) синхронные двигатели.
Бесщеточный ВД с активным ротором конструктивно аналогичен
обычной синхронной машине, но магнитный поток его образуется с по-
мощью постоянных магнитов. Машина средней мощности до 30 кВт
с постоянными магнитами имеет меньшие габариты и массу, чем с об-
моткой возбуждения. Благодаря высокому КЦД машин с постоянными
магнитами экономится электроэнергия, которая тратится в машинах,
снабженных обмотками возбуждения, на электрическое возбуждение.
495
Кроме того, требуется меньшее количество воздуха для охлаждения
машины, и вследствие этого они отличаются меньшим уровнем шума.
Следует отметить, что выпускаются также коллекторные двигатели
постоянного тока с постоянйыми магнитами.
Синхронные двигатели с постоянными магнитами выполняются
мощностью примерно до 30 кВт, с максимальной частотой вращения
До 3000 об/мин, многополюсными (до 12 и более полюсов),
Рис. 12.18. Структурная схема автоматического управления ВД с по-
стояииыми магнитами и принципиальная схема силовой части привода.
На рис. 12.18 приведены принципиальная схема силовой части
привода и структурная схема автоматического управления ВД с посто-
янными магнитами. Преобразователь частоты выполнен по той же схеме,
что и в случае частотно-токового управления асинхронным двигателем
с короткозамкнутым ротором (см. рис. 12.14). Управление автономным
инвертором тока АИТ осуществляется системой управления СУИ, син-
хронизируемой датчиком положения ротора ДПР, установленным на
валу двигателя М. Система управления приводом построена по прин-
ципу подчиненного регулирования с последовательной коррекцией и
содержит контур тока с регулятором тока РТ и обратной связью по току,:
снимаемой с датчика тока ДТ, и контур скорости с регулятором PC и
496
обратной связью по скорости, снимаемой с тахогенератора GT. Струк-
тура системы такая же, как и для двигателя постоянного тока незави-
симого возбуждения. Регулятор тока воздействует на систему управ-
ления выпрямителем СУВ, изменяя ток (и напряжение) на входе ин-
вертора, т. е. на выводах якоря ВД постоянного тока. Диапазон регу-
лирования в этой системе до 100 : 1.
Бесконтактные синхронные двигатели (ВД) мощностью более
30 кВт и примерно до 200 кВт при 3000 об/мин выполняются с обмоткой
возбуждения, специальным образом располагаемой на статоре. На ста-
торе же располагается и трехфазная якорная обмотка. Ротор представ-
ляет собой безобмоточный магнитопровод, напоминающий зубчатое
колесо, через выступы (зубцы) которого замыкается магнитный поток,,
создаваемый обмоткой возбуждения и якорной обмоткой. Ротор враща-
ется синхронно с вращающимся полем статора, создаваемым трехфазной
обмоткой. Обмотка возбуждения постоянного тока способствует усиле-
нию поля и тем самым образованию крутящего момента, примерно про-
порционального току, протекающему в цепи выпрямленного напряже-
ния преобразователя частоты, на входе инвертора (на входе ВД постоян-
ного тока).
Как указывалось, большое влияние на характеристики ВД оказы-
вает размагничивающая реакция якоря, в связи с чем желательно уве-
личивать ток возбуждения с ростом нагрузки на валу двигателя. Наи-
более просто это можно сделать, применяя двигатель последовательного
возбуждения. В этом случае появляется еще возможность использовать
обмотку последовательного возбуждения двигателя и как сглаживаю-
щий реактор в цепи выпрямленного тока преобразователя частоты.
На рис. 12.19 приведены структурная схема автоматического уп-
равления бесконтактным ВД последовательного возбуждения и схема
силовой части привода. Здесь, как и в приводе по схеме на рис. 12.18,
управление тиристорами инвертора осуществляется от датчика положе-
ния ротора ДПР, а тиристорами выпрямителя — по схеме подчинен-
ного регулирования. Обмотка возбуждения двигателя включена после-
довательно с якорем ВД постоянного тока (в цепь выпрямленного тока
преобразователя частоты) и выполняет дополнительную функцию сгла-
живающего реактора. При угловой скорости двигателя ниже 0,1 <оиои
коммутация тиристоров инвертора тока АИТ осуществляется посред-
ством устройства общей искусственной коммутации (типа короткозамы-
кателя), которое получает импульсы на включение от блока управле-
ния БУ, управляемого датчиком положения ротора. При более высоких
угловых скоростях срабатывает от сигнала с датчика скорости (тахоге-
нератора GT) блок блокировки ББ и блокирует блок БУ, запрещая
подачу импульсов управления на устройство коммутации УК. Проис-
ходит переход на естественную коммутацию тиристоров инвертора тока
АИТ, осуществляемую напряжением (ЭДС) машины М.
В отличие от случая питания коллекторного двигателя постоянного
тока последовательного возбуждения от сети постоянного тока, когда
двигатель не имеет конечного значения угловой скорости идеального
холостого хода и не может работать в генераторном режиме параллельно
с сетью, в данной схеме за счет применения системы подчиненного ре-
гулирования, которая снижает напряжение на якоре и ток якоря по
мере уменьшения нагрузки, характеристики двигателя оказываются
такими же, как и у двигателя постоянного тока независимого возбужде-
ния: с конечным значением угловой скорости идеального холостого хода
и практически линейными. Кроме того, поскольку ток в цепи выпрямлен-
ного напряжения не меняет своего знака при переходе двигателя в гене-
497

раторный режим (соответственно при переходе инвертора в выпрями-
тельный режим, а выпрямителя — в инверторный), то в данной схеме
оказывается возможной для двигателя последовательного возбуждения
работа в генераторном режиме параллельно с сетью (рекуперативное
торможение).
Рис. 12.19. Структурная схема автоматического управления бескон-
тактным ВД последовательного возбуждения и схема силовой части
привода.
При реверсировании ВД сначала осуществляется торможение до я
полной остановки с последующим бесконтактным переключением чере- я
доваиия фаз на выходе инвертора воздействием датчика положения Я
ротора на схему управления инвертором, после чего ВД разгоняется Я
в обратную сторону.	Д
Пока еще ВД из-за сложности и высокой стоимости преобразова-
теля и двигателя имеет ограниченное общепромышленное применение.
Перспективно его использование для мощных очень тихоходных при-
водов (например, привод шаровой мельницы) и для сверхмощных быст-
роходных приводов (нагнетатели),
498
12.9.	Замкнутые системы управления
некоторыми производственными
механизмами
а)	Автоматическое управление электроприводом
лебедок зондов доменной печи
Для слежения за уровнем шихты в доменной печи и
подачи сигналов в систему автоматического управления загрузкой, а
также световых сигналов применяются лебедки зондов, кинематическая
схема которой показана на рис. 12.20.
Момент двигателя 2 в режиме слежения оказывается меньше про-
тиводействующего момента зонда 3, и зонд лежит на поверхности 1
шихты. Двигатель находится в заторможенном состоянии и натягивает
трос 4. По мере понижения уровня шихты зонд, опускаясь, поворачи-
вает барабан лебедки 5, который связан с валом двигателя через редук-
тор 6, По углу поворота барабана определяется уровень шихты.
Рис. 12.20. Кинематическая
схема лебедки зондов доменной
печи.
Рис. 12.21. Требуемые механи-
ческие характеристики привода
лебедки зонда доменной печи.
Перед подачей шихты зонд поднимается, а после загрузки вновь
опускается на шихту. В верхнем положении зонда при отключении
двигателя накладывается механический тормоз 7.
Требуемые характеристики привода лебедки зонда приведены на
рис. 12.21. Момент двигателя при подъеме (точка А на характеристике /)
уравновешивается суммой моментов от зонда Л43 и трения Л4тр в меха-
низмах.
При опускании зонда момент двигателя меньше Л43 на момент тре-
ния (точка В на характеристике 2), а угловая скорость при опускании
зонда не превышает значения <воп.
В режиме слежения за уровнем шихты трос натягивается под дей-
ствием момента Л42. При работе на подъем момент двигателя ограничен
значением Ограничение момента необходимо для снижения ударного
499
'аВленьсе
----------------------
Выход
Рис. 12.22. Принципиальная схема тиристорного выпрямителя и его
система управления,
500
растяжения троса, когда происходит переключение двигателя с харак-
теристики 2 на характеристику 1.
Вследствие постоянства динамического момента при пуске зонд
поднимается за минимальное время. При постоянной угловой скорости
®оп опускания зонда уменьшается влияние электропривода на разброс
показаний уровня шихты, поверхность которой имеет крутизну естествен-
ного откоса. При разных скоростях опускания зонд скатывался бы на
разные расстояния к центру доменной печи, искажая показания уровня
шихты.
Характеристики, близкие к требуемым, могут быть получены от
двигателя постоянного тока, управляемого тиристорным выпрямителем.
В схеме (рис. 12.22) использованы тиристоры VI—V6, относительно
просто управляемые однополупериодными магнитными усилителями
МУ, с помощью которых можно регулировать, угол включения тирис-
торов.
Схема управления одним тиристором показана на рис. 12.23.
Рис. 12.23. Схема управления тиристором с помощью однополупериод-
ного магнитного усилителя.
Наличие вентиля VT обеспечивает прохождение тока в цепи рабо-
чей обмотки wp только в одном направлении. При ненасыщенном серде-
чнике индуктивное сопротивление рабочей обмотки во много раз превы-
шает сопротивление балластного резистора /?7, поэтому напряжение
иа /?7 очень мало. В момент насыщения сердечника МУ индуктивное
сопротивление рабочей обмотки резко снижается, и основная часть
напряжения питания прикладывается к резистору Д7. Это напряжение
подается на вход тиристора через ограничивающий резистор R1. Для
защиты от случайного возникновения на управляющем электроде отри-
цательного потенциала параллельно входу тиристора включается диод
VI'.
С помощью управляющей обмотки изменяется момент насыщения
сердечника и, таким образом, регулируется фаза сигнала управления,
подаваемого на тиристор, т. е. изменяется угол включения его.
В схеме управления приводом лебедки зонда, представленной на
рис. 12.24, в качестве источника питания двигателя используется уп-
равляемый выпрямитель (рис. 12.22), подключенный к сети через авто-
трансформатор Т1. Трехобмоточные трансформаторы Т2, ТЗ, Т4 (см.
рис. 12.22) обеспечивают необходимую начальную фазировку сигналов
управления.
На схеме рис. 12.24 показаны обмотки управления магнитных уси-
лителей 03, ОС, ОНТ и ОТ, каждая из которых состоит из шести после-
довательно соединенных (как на рис. 12.22) обмоток: 03 — задающая
501
обмотка управления, подача сигнала на эту обмотку вызывает пуск
двигателя; ОС — обмотка смещения; ОНТ — обмотка управления
напряжением и током двигателя, используется только в режиме спуска
зонда; ОТ — обмотка токовой отсечки.
Последовательное соединение обмоток управления магнитных
усилителей МУ1 — МУ6 (см. рис. 12.22) исключает первую гармонику
в цепи управления.
С помощью указанных обмоток и стабилитронов V4 и V5 обеспечи-
ваются требуемые характеристики привода лебедки зонда.
Открывающий сигнал на входе транзистора V3 при работе привода
на подъем отсутствует, и V3 не пропускает ток. Ключ К, если он приме-
нен для управления, в этом случае
разомкнут.
От резистора R3, включенного
последовательно в цепь якоря дви-
гателя, подается питание на обмот-
ку ОТ. Если падение напряжения
превосходит напряжение пробоя
стабилитрона V5, то V2 открывает-'
ся. В противном случае ток через
обмотку ОТ практически не прохо-
дит, так как транзистор V2 при
этом имеет большое сопротивление.
Следовательно, обмотка ОТ вступа-
ет в действие в том случае, когда
ток обмотки якоря превышает за-
данное значение. Магнитодвижущая
сила обмотки ОТ вычитается из
МДС обмотки 03.
Режим спуска достигается от-
пирающим автоматическим сигна-
лом на транзисторе V3 или при за-
мыкании ключа Л'. В обмотке ОНТ
увеличивается ток, который снача-
ла снижает до 0 выходное напря-
жение управляемого выпрямителя,
а затем переводит его в инверторный
режим, когда двигатель изменит
направление вращения.
Как в режиме пуска, так и при
подъеме направление тока в обмот-
ке якоря двигателя не изменяется.
Вследствие того, что обмотка ОТ
создает сильную обратную отрица-
тельную связь по току двигателя,
получается очень мягкая характе-
Рис. 12.24. Схемы соединений
ебмоток управления МУ.
ристика двигателя.
Уменьшение отрицательной обратной связи по току, создаваемой
обмоткой ОНТ, при достижении установленной скорости спуска при-
водит к изменению наклона механической характеристики двигателя,
увеличению ее жесткости и ограничению скорости спуска. Достигается
это шунтированием обмотки ОНТ транзистором VI, который открыва-
ется, как только отрицательное напряжение на резисторе R2 превысит
напряжение пробоя стабилитрона V4. При положительном напряжении
на обмотке якоря двигателя диод V6 отключает входную цепь триода VI,
502
На рис. 12.25, а показано влияние различных параметров схемы на
механические характеристики привода при подъеме зонда, а на
рис. 12.25, б — при спуске.
Рис. 12.25. Влияние отдельных параметров схемы на механическую
характеристику привода при подъеме (а) и спуске (б).
Подбором значений сопротивлений резисторов можно получить
характеристики, близкие к требуемым.
6)	Автоматическое управление электрическим
режимом сталеплавильной печи
Задачами управления электрическим режимом стале-
плавильной печи являются автоматическое регулирование и стабилиза-
ция мощности дуги. Для этой цели используют различные регуляторы.
Наиболее стабильным из них является дифференциальный, в котором
сохраняется постоянство отношения напряжения на дуге к ее току.
Современные бесконтактные регуляторы с тиристорами обладают
высоким быстродействием, значительно большим, чем в регуляторах
с электромашинными усилителями.
Для дуговой печн рядом организаций разработан тиристорный
регулятор мощности типа АРДМ-Т-12, принципиальная схема которого
для одной фазы приведена на рис. 12.26. Здесь от трансформатора тока
ТТЗ сигнал (через специальный прибор с интегрирующим устройством,
показывающим среднее значение тока), пропорциональный току дуги,
передается трансформатору ТЗ, имеющему три обмотки, одна из кото-
503

рых служит для подмагничивания и питается от источника выпрям-
ленного напряжения; ток намагничивания в ней регулируется бескон-
тактным сельсином БС, управляемым с помощью задатчика РЗ. Обмотка
подмагничивания может управляться вручную или от программного
устройства ПУ, подключаемого переключателем П.
По другому каналу сигнал, фиксирующий напряжение дуги, по-
ступает на трансформатор Т4 через устройство переключения напряже-
ния УПН, управляемое переключателем ступеней напряжения авто-
трансформатора Т1 и обеспечивающее одинаковое входное напряжение
на трансформаторе Т4 при различных вторичных напряжениях транс-
форматора Т2. Сигналы, пропорциональные току и напряжению дуги,
выпрямляются (В1 и В2), поступают на схему сравнения, состоящую
из резисторов R1 и R2, на выходе которой образуется разность сигналов,
отличная от 0 при отклонении тока и напряжения от заданных значений.
Через фильтр, состоящий из реактора L и конденсатора С, сигнал
поступает в функциональное устройство ФУ, где из полученного сигнала
вычитается сигнал отрицательной обратной связи, подаваемый от тахо-
генератора GT, сидящего на одном валу с двигателем Af, предназначен-
ным для перемещения электродов. Результирующий сигнал через функ-
циональное устройство, обладающее соответствующим коэффициентом
усиления, попадает в блок регулирования БР, состоящий из промежу-
точного усилителя У и усилителя мощности УМ, реализующего токо-
ограничивающую связь ТО, действующую в функции ЭДС двигателя.
Сигнал этой связи поступает в усилитель мощности УМ с диагонали
тахометрического моста, образованного резисторами R3 и R4, обмоткой
якоря и обмоткой дополнительных полюсов ДП двигателя М. Другое
воздействие на усилитель мощности УМ и систему управления тирис-
торами ФСУ осуществляется включением логического устройства ТЛ,
дающего разрешение на включение анодной или катодной группы ти-
ристоров реверсивного выпрямителя с раздельным управлением. Сигна-
лы управления на выходе УМ воздействуют на фазосдвигающее устрой-
ство ФСУ, регулирующее фазу и формирующее импульсы управления
тиристорами, соединенными по реверсивной трехфазной нулевой схеме.
Двигатель Af в соответствии с сигналом с выхода УМ включается с нуж-
ным направлением вращения и перемещает электроды печи до тех пор,
пока сигнал с выхода сравнивающего устройства на резисторах R1 и R2
не станет равным 0.
Рассмотренный регулятор мощности на тиристорах позволяет
значительно сократить число отключений из-за перегрузок печи, уве-
личить мощность при плавке и, следовательно, повысить производи-
тельность печи.
ГЛАВА ТРИНАДЦАТАЯ
СЛЕДЯЩИЙ ПРИВОД. ПРОГРАММНОЕ
УПРАВЛЕНИЕ
13.1.	Общие положения, назначение
и классификация следящих приводов
Следящий привод представляет собой замкну-
тую автоматическую систему, при помощи которой испол-
нительный орган с определенной точностью отрабатывает
505
движение рабочего механизма в соответствии с произ-
вольно меняющимся сигналом, задаваемым управляющим
органом (датчиком). Так, на копировальном станке режу-
щий инструмент совершает обработку поверхности изде-
лия, соответствующей практически любой конфигурации
поверхности модели или шаблона, по которой перемеща-
ется копировальный палец измерительного устройства.
В прокатных станах автоматическое перемещение меха-
низма подачи валков осуществляется в соответствии с дви-
жением маломощного устройства, задающего программу
прокатки.
Область применения следящего привода продолжает
расширяться. В настоящее время он используется для
автоматического контроля за изменением различных физи-
ческих величин, для регулирования скорости паровых
и гидравлических турбин, в устройствах прокатных ста-
нов, в системах управления металлорежущими станками,
шагающими экскаваторами, манипуляторами т. п.
Источник
энергии
Рис. 13.1. Структурная схема
следящего привода,
Следящий привод применяется в установках мощностью
от нескольких ватт до нескольких десятков киловатт
.. и более.
В общем случае следящий привод состоит из датчика 1,
приемного (следящего) устройства 2, усилителя 3 и испол-
нительного двигателя 4 (рис. 13.1). Датчик и приемник
образуют устройство, которое обычно называют измери-
г телем рассогласования. Элементы следящего привода свя-
заны между собой так, что изменение в положении датчика
воздействует через приемник и усилитель на приводной
двигатель, который отрабатывает заданное перемещение.
Следящий привод, как и устройства синхронной передачи,
работает только за счет возникающего угла рассогла-
сования между осями датчика и приводного двигателя
(механизма). Процесс работы следящего привода сводится
к непрерывному автоматическому устранению возникаю-
щего рассогласования.
Следящие приводы делятся по способу действия системы
управления на две группы:
506
 1) следящие приводы с релейным или прерывистым
управлением;
2) следящие приводы с непрерывным управлением.
Следящий привод с релейным управлением отличается
тем, что напряжение на исполнительный двигатель подается
только в том случае, когда угол рассогласования достигает
определенного значения. В процессе возрастания угла
рассогласования до этого значения двигатель неподвижен.
Угловые скорость и ускорение двигателя после его вклю-
чения не зависят от угла рассогласования, а определяются
параметрами самого электропривода (его вращающим мо-
ментом, моментом инерции привода и моментом сопротив-
ления).
В следящих приводах прерывистого действия исполь-
зуются обычно релейно-контактные аппараты или бескон-
тактные устройства с релейной характеристикой, поэтому
следящие приводы такого типа называют также релей-
ными.
Отличительной особенностью следящих приводов непре-
рывного действия является непрерывное управление испол-
нительным двигателем, зависящее от угла рассогласова-
ния.
В соответствии с требованиями, которые предъявляются
к следящим приводам в отношении точности отработки
угла в статическом и переходном режимах, устойчивости
работы, времени переходного процесса и т. п,, следящие
приводы выполняются с различными обратными связями,
которые обеспечивают управление в функции угла рассо-
гласования и его производной, по углу рассогласования
и интегралу этого угла и т. п.
Так же как и в рассмотренных выше системах автомати-
ческого регулирования, в следящих приводах используются
различного рода усилители: электромашинные, магнитные,
полупроводниковые, гидравлические и др. В следящих
приводах может в должной последовательности сочетаться
работа, например электронного усилителя с электромашин-,
ным, транзисторного с тиристорным и т. п.
Следящие приводы непрерывного управления, обеспечи-
вающие высокую точность отработки, оказываются более
сложными, чем следящие приводы релейного действия.
К основным техническим требованиям, которым должны
удовлетворять следящие приводы, относятся высокая точ-
ность отработки заданной величины и устойчивая работа
привода во всем диапазоне скоростей, возможно малое
507
время переходного процесса, а также простота и надеж-
ность в эксплуатации.
Угол рассогласования в переходных режимах не дол-
жен превосходить заданного, колебания системы, если
они возникнут, должны иметь затухающий характер.
13.2.	Следящий привод релейного действия
Структурная схема следящего привода релей-
ного действия приведена на рис. 13.2, а.
постоянного тока последовательного возбуждения (б).
Следящий привод состоит из задающего устройства ЗУ,
посредством которого задается угол поворота вала 0ВХ,
измерителя рассогласования углового положения валов ИР,
релейного элемента РЭ, характеристика которого имеет
зону нечувствительности, усилителя мощности УМ и
исполнительного двигателя М. Сигнал с выхода ИР, про-
порциональный разности углов поворота входного и выход-
ного валов следящего привода, поступает на вход релей-
ного элемента. Если сигнал превышает зону нечувстви-
тельности РЭ, то РЭ срабатывает и включает двигатель,
508
причем с таким направлением вращения, зависящим от
знака разности углов поворота валов привода, чтобы устра-
нить возникшее рассогласование валов. Как только рас-
согласование уменьшится настолько, что сигнал на вы-
ходе ИР станет меньше зоны нечувствительности РЭ,
двигатель отключается.
На рис. 13.2, б приведена упрощенная принципиальная
схема следящего привода релейного действия малой мощ-
ности с двигателем постоянного тока последовательного
возбуждения, имеющего две обмотки возбуждения. Дви-
гатель М, вращающий рабочий механизм РМ, подключается
к источнику питания посредством одного из транзисторов
VI, V2, которые при отсутствии сигналов управления
закрыты напряжением смещения (7СМ через резисторы R1
и R2. Для снятия перенапряжений, возникающих при от-
ключении обладающих индуктивностью обмоток возбуж-
дения и обмоток якоря, последние шунтированы разряд-
ными диодами V3 и V4. Если открыт транзистор VI, то
двигатель вращается в одну сторону; если открыт транзи-
стор V2, то в другую. Это происходит за счет изменения
направления потока возбуждения при неизменном направ-
лении тока якоря.
В релейных следящих системах применяются различ-
ной конструкции измерители рассогласования, в част-
ности электроконтактные релейного действия с механи-
ческим приводом от дифференциального редуктора, в ко-
тором производится механическое вычитание угловых
скоростей (и углов поворота) валов следящей системы. Од-
нако такие измерители рассогласования не пригодны при
значительном удалении задающего и исполнительного ва-
лов. В рассматриваемом следящем приводе использован
потенциометрический измеритель рассогласования, состоя-
щий из двух кольцевых потенциометров КП 1 и КП2,
на которые подано постоянное напряжение. Движок од-
ного потенциометра КП1 связан с выходным валом задаю-
щего устройства ЗУ, в частном случае представляющего
собой редуктор с ручным приводом. Движок второго по-
тенциометра КП2 связан с выходным валом редуктора Р
(с тем же передаточным числом, что и у ЗУ), приводимого
в движение двигателем М. Сигнал, снимаемый с движков
потенциометров, подается на вход усилителя У. Если угло-
вое положение движков КП1 и КП2 одинаково, то сиг-
нал, снимаемый с них, равен 0. При перемещении движка
задающего потенциометра КП1 вправо или влево от поло-
509
жения равновесия на входе усилителя появится сигнал,
знак которого будет зависеть от направления перемещения
движка от положения равновесия, а значение сигнала
будет пропорционально углу поворота от положения рав-
новесия. Усиленный сигнал рассогласования валов по-
ступает в зависимости от знака сигнала на базу одного
из транзисторов VI, V2 (через диод V10, стабилитрон V5,
резистор R3, диод V7 — на транзистор VI; через диод V9,
стабилитрон V6, резистор R4. диод V8 — на транзистор V2).
Если сигнал превышает порог срабатывания стабилитро-
нов V5, V6, создающих зону нечувствительности, то один
из транзисторов открывается, подключая двигатель М
к источнику питания. Двигатель поворачивает вал меха-
низма РМ и через редуктор Р движок потенциометра КП2
в ту же сторону, в какую был повернут движок потенцио-
метра КП1. Когда разность угловых положений движков
окажется такой, что напряжение с выхода усилителя У
станет меньше напряжения открывания стабилитронов V5,
V6, транзистор VI (V2) закроется, отключив двигатель
от источника питания. Таким образом, привод отработает
заданное перемещение с некоторой ошибкой, которая
зависит от коэффициента усиления усилителя У и порога
срабатывания стабилитронов (следует отметить, что в пол-
ной схеме привода сигнал с усилителя У поступает на про-
межуточные каскады усиления, один из которых обычно
имеет релейную характеристику — триггер — с заданной
зоной нечувствительности; в этом случае стабилитроны
из схемы исключаются). Если рабочий механизм содержит
редуктор, то его передаточное число должно быть учтено
в передаточных числах редуктора Р и ЗУ.
Существенное значение в работе следящего привода
имеют вопросы повышения точности отработки перемеще-
ния и устойчивости системы. Работа релейного следящего
привода может быть неустойчивой вследствие возникающих
колебаний около нулевого положения измерителя рассо-
гласования. Допустим, что после отработки определенного
угла 0 двигатель М отключается от источника питания.
Вследствие механической инерции привода двигатель оста-
новится не сразу, поэтому движок потенциометра Д/72
перейдет положение, соответствующее равенству углов
поворота валов, настолько, что сигнал на выходе усили-
теля У превысит напряжение открывания стабилитронов
V5, V6; это приведет к включению двигателя в обратном
направлении. После этого двигатель сначала затормозится,
510
а затем начнет вращаться в противоположном направле-
нии, и указанное явление может повторяться.
Колебания исполнительного двигателя около нулевого
положения зависят от значения приведенного момента
инерции привода, характера и величины нагрузки, вре-
мени включения и отключения двигателя и ширины зоны
нечувствительности релейных элементов. Выбором доста-
точно большой зоны нечувствительности релейных элемен-
тов (увеличение напряжения открывания стабилитронов
V5, V6) можно достигнуть быстрого затухания колебаний
при остановке привода. Однако, такое решение вопроса
ведет к снижению точности работы следящего привода,
так как система не реагирует на угол рассогласования,
лежащий в пределах зоны нечувствительности.
Зону нечувствительности делают возможно меньшей,
соответствующей углу рассогласования 2—3°. Что же
касается повышения точности работы следящего привода,
обеспечения его устойчивости и демпфирования колеба-
ний, то для этого применяют различные возможно более
эффективные способы торможения двигателя, чтобы до-
биться остановки привода в пределах заданной зоны нечув-
ствительности. Одной из действенных мер по уменьшению
автоколебаний является введение на вход релейного эле-
мента или на вход усилителя У форсирующих сигналов,
пропорциональных первой и второй производным сигнала
ошибки (угла рассогласования); на схеме рис. 13.2 реали-
зация этих корректирующих связей не показана.
Примером следящего привода релейного действия может
служить электропривод подачи копировального станка
с электромагнитными муфтами. Здесь роль задающего
устройства выполняет шаблон или контур изделия, по
которому перемещается палец копировально-измеритель-
ного прибора. Этот прибор имеет контактное устройство,
управляющее соответствующими промежуточными реле,
которые в свою очередь включают электромагнитные муфты
подачи шпинделя. При включении необходимой электро-
магнитной муфты производится перемещение механизма
подачи станка, направленное к устранению возникшего
рассогласования между положениями пальца копироваль-
ного прибора и фрезы. Усилителями в такой системе слу-
жат промежуточные реле. Зона нечувствительности опре-
деляется расстоянием между контактами копировального
прибора. Исполнительными органами являются приводы
подач фрезы с нереверсивными двигателями, непрерывно
511
г
вращающимися с постоянной скоростью и реверсивными
электромагнитными муфтами.
Достоинством следящих приводов релейного действия,
как указывалось, является их сравнительная простота.
К недостаткам этих систем следует отнести сравнительно
невысокую точность отработки и наличие автоколебаний.
Более совершенной системой, обеспечивающей высокую
точность отработки задания, является система следящего
привода непрерывного управления.
13.3.	Принцип работы следящего привода
непрерывного управления
Структурная схема следящего привода непре-
рывного управления приведена на рис. 13.3. Этот тип
привода состоит из датчика 1 и приемника 2, составляющих
Рис. 13.3. Структурная схема следящего привода непрерывного упра-
вления.
измеритель рассогласования, усилителя 3 и исполнитель-
ного двигателя 4, механически связанного с производствен-
ным механизмом РЛ1; исполнительный двигатель связан
с приемником через передачу 5. Здесь в качестве датчика
и приемника чаще всего используются сельсины, работаю-
щие в трансформаторном режиме х.
Усилителями могут быть электрические, магнитные,
механические, пневматические и гидравлические устройства.
1 Встречаются также системы, в которых вместо сельсинов исполь-
зуются устройства с делителями напряжения (потенциометрические
устройства) или с вращающимися трансформаторами и др.
512
Широкое применение получили электрические усили-
тели благодаря их относительной простоте, компактности
и возможности размещения аппаратов управления неза-
висимо от производственного механизма.
В системах, где применяются электрические усилители,
исполнительными двигателями являются обычно электро-
двигатели постоянного или переменного тока.
Принцип работы следящего привода заключается в сле-
дующем. При повороте ротора
обмотке сельсина-приемника 2
наводится ЭДС, которая воздей-
ствует на усилительное устрой-
ство- 3. Усилительное устройст-
во обеспечивает при этом вклю-
чение двигателя и работу его
с определенной скоростью. Дви-
гатель 4 приводит в действие
производственный механизм РМ
и одновременно через передачу
5 — ротор сельсина-приемника
2. При повороте ротора сельси-
на 2 на заданный угол устра-
няется рассогласование в поло-
датчика 1 в однофазной
Рис. 13.4. Схема соединения
сельсинов в трансформатор-
ном режиме.
жениях роторов датчика и приемника и прекращается
работа исполнительного двигателя 4.
В рассматриваемых схемах однофазная обмотка сель-
сина-приемника присоединена не к сети переменного тока,
как это производится в случае обычной схемы синхронной
передачи, а на вход усилителя.
Схема соединения сельсинов приведена на рис. 13.4.
Однофазная обмотка сельсина-датчика присоединена к сети
переменного тока, а его обмотка ротора соединена с обмот-
кой ротора сельсина-приемника. Переменный ток, питаю-
щий однофазную обмотку датчика, создает пульсирующий
поток, который наводит в обмотках фаз ротора ЭДС, сов-
падающие по фазе, но отличающиеся по амплитуде. Токи,
проходящие в обмотках ротора сельсина-приемника, соз-
дают пульсирующий поток, который наводит ЭДС в одно-
фазной обмотке приемника. Частота этой ЭДС равна ча-
стоте сети. Следовательно, сельсин-приемник работает
трансформатором, первичной обмоткой которого является
его трехфазная обмотка ротора, а вторичной — однофазная
обмотка статора.
Найдем зависимость действующего значения ЭДС одно-
17 Чиликин М. Г., Саидлер А, С.
513
фазной обмотки приемника от угла рассогласования рото-
ров сельсинов:
0 —-01 — 02,
где 0Г—угол поворота ротора датчика относительно на-
чального положения, при котором ось первой фазы ротор-
ной обмотки совпадает с осью обмотки статора (рис. 13.4);
02 — угол поворота ротора приемника относительно на-
чального положения.
Полагая, что действующее значение ЭДС каждой об-
мотки ротора датчика изменяется синусоидально в зави-
симости от угла поворота 01( получаем:
f^^cosSp '
Е2 = Ет cos (0! — 120°);
£3 = £mcos(01-24O°), .
(13.1)
где Elt Ег и £3 — действующие значения ЭДС, наведенные
соответственно в первой, второй и третьей фазах ротора;
Ет — действующее значение ЭДС, наведенной в любой
из обмоток ротора при совпадении ее оси с осью однофаз-
ной обмотки.
Если пренебрегать реакцией цепи ротора датчика на
его первичную цепь и учитывать только активные и реак-
тивные сопротивления обмоток ротора, то действующие
значения токов в его обмотках равны:
Z1 = £1/2Z; I2^E^Z\ I3 = Es/2Z, (13.2)
где Z — полное сопротивление фазы обмотки ротора (оба
сельсина обладают одинаковыми параметрами).
Токи 1Ъ 12 и /3 создают результирующий поток в при-
емнике, который наводит ЭДС в однофазной обмотке.
Электродвижущая сила £с равна сумме отдельных
ЭДС, наведенных в однофазной обмотке, если результи-
рующий магнитный поток рассматривать как геометри-
ческую сумму трех потоков, создаваемых отдельными
обмотками ротора приемника. Следовательно,
£с = Е1 + Е'ч + £з,
(13.3)
где
£1 = kli cos 02;
£.) = cos (02 — 120°);
£з = £/3 cos (02 — 24Оо); ,
(13.4)
514,.
здесь k — коэффициент пропорциональности между током
и ЭДС.
Подставляя значения Е{, Е?, и Ез из (13.4) в (13.3) и
используя (13.1) и (13.2), получаем после соответствующих
преобразований:
£c = |^-^cos(61-9a),	(13.5)
или
£c = (7mcos9, .	(13.6)
где =	 .
Из (.13.6) следует, что амплитуда или действующее
значение ЭДС, наведенной в однофазной обмотке прием-
ника, зависит от угла рассогласования и достигает мак-
симального значения при 6 = 0.
Обычно в практических условиях стремятся, чтобы
при 6 = 0 £с также была равна 0. Это легко достигается
тем, что в исходном положении системы создают установ-
кой статоров сельсинов угол рассогласования 9» = 90°;
тогда (13.6) можно записать в виде
£c = ^ms'n0-	(13.7)
Выражение (13.7) является основным при анализе
работы сельсинов в трансформаторном режиме; при малых
углах можно приближенно считать, что £с U„Jj. В дан-
ном случае согласованное положение (синфазность) при-
нято условно, так как от истинного положения синфаз-
ности роторы сельсинов рассогласованы на постоянный
угол 90°. Из (13.7) следует, что при повороте ротора дат-
чика влево или вправо от согласованного положения изме-
няется знак £с, т. е. при переходе через согласованное
положение фаза £с смещается на 180°. Следовательно,
измеритель рассогласования не только измеряет угол
рассогласования, но и определяет направление, в котором
произошло рассогласование.
Напряжение на выводах однофазной обмотки приемника
представляет собой синусоиду с частотой, равной частоте
напряжения возбуждения датчика. Амплитуда и фаза
этой синусоиды определяются зависимостью (13.7).
В следящих системах в качестве исполнительных могут
быть использованы двигатели постоянного или перемен-
ного тока. Обычно для приводов небольшой мощности
применяются двигатели постоянного тока, управляемые
17*		515
от полупроводниковых или электромашинных усилителен,
при больших мощностях — по системе Г — Д или по си-
стеме ТП — Д (УВ—Д). Для маломощных следящих при-
водов часто применяются двухфазные двигатели перемен-
ного тока с короткозамкнутым ротором, а также синхрон-
ные двигатели с постоянными магнитами.
13.4.	Схемы следящих приводов с непре-
рывным управлением
Особенности той или иной системы следящего привода
выявляются при анализе ее статических и динамических характери-
стик. Под статическими характеристиками следящего привода понимают
зависимость момента, тока и других параметров в схеме от угла рас-
согласования в установившемся режиме, когда отработка угла привод-
ным двигателем происходит при его неизменной угловой скорости.
Однако одни статические характеристики не полностью характеризуют
работу привода. Необходимо, кроме статических, знать также и дина-
мические свойства системы, определяющие качество переходного про-
цесса, угол рассогласования в переходном режиме, время переходного
режима и т. п. Эти свойства системы анализируются на основании урав-
нений переходного режима системы.
Рассмотрим принцип действия и особенности работы некоторых
схем следящих приводов.
Схема следящего привода с ЭМУ поперечного поля и исполнительным
двигателем постоянного тока независимого возбуждения
Применение электрических машин постоянного тока обеспечивает
возможность создания высокоточных следящих систем в диапазоне
мощностей от 100 Вт до десятков киловатт при использовании доста-
точно простых усилительных и корректирующих устройств. Такие
приводы допускают значительные (в 2—3 раза) кратковременные пере-
грузки по моменту исполнительного двигателя и увеличение угловой
скорости двигателя до 150 % номинальной. При использовании в ка-
честве приводного двигателя для ЭМУ асинхронного двигателя сле-
дящий привод создает для сети симметричную нагрузку и не вносит
искажений в форму кривой питающего напряжения. При резком крат-
ковременном увеличении момента нагрузки на валу исполнительного
двигателя пиковая мощность, потребляемая следящим приводом из
сети, меньше мощности, соответствующей увеличенному моменту; это
происходит за счет кинетической энергии, отдаваемой инерционными
массами привода при снижении их скорости.
При уменьшении угловой скорости исполнительного двигателя
имеет место торможение с рекуперацией энергии в сеть. Переход из
режима двигателя в режим генератора обеспечивается естественными
характеристиками электрических машин и происходит без резких из-
менений электромагнитного момента двигателя, что имеет большое зна-
чение для плавности и точности работы следящего привода.
Как видно из схемы на рис. 13.5, двигатель Л1 через редуктор Р
приводит в действие объект регулирования РМ и сельсин-приемник СП.
Управление исполнительным двигателем осуществляется от ЭМУ по-
516
перечного поля. Обмотки управления ЭМУ ОУ—I и ОУ— II питаются
от электронного или полупроводникового усилителя У, выходной
каскад которого У2 выполнен на постоянном токе. Эти обмотки управ-
ления имеют среднюю точку и включены по дифференциальной схеме;
результирующий магнитный поток ЭМУ определяется разностью
МДС обмоток ОУ—I и ОУ—II, т. е. разностью токов, проходящих
в этих обмотках.
Управляющее напряжение следящего привода, пропорциональное
разности угловых положений Р задающего вала и а исполнительного
вала, т. е. ошибке слежения, вырабатывается при помощи двух сель-
синов СД и СП, работающих в трансформаторном режиме; сельсин-
датчик СД кинематически связан с задающим валом следящего
Рис. 13.5. Схема следящего привода с ЭМУ.
привода.Это напряжение поступает на вход предварительного фазочувстч
вительного усилителя У1, где оно усиливается, выпрямляется фазо-
чувствительным выпрямителем и через корректирующий контур (ре-
зисторы Rl, R2, конденсатор С1) и выходной каскад усилителя У2
поступает на обмотки управления ЭМУ. При разности токов в обмот-
ках управления ОУ—I и ОУ—II возникает напряжение на выходе
ЭМУ, в результате чего приводится во вращение исполнительный дви-
гатель Л-I. Двигатель М через редуктор Р перемещает объект регули-
рования РМ и вращает ротор сельсина-приемника СП до тех пор, пока
напряжение ошибки не станет равным 0, т. е. до тех пор, пока угол а
не станет почти равным углу р. Следящий привод будет уменьшать
угол рассогласования между задающим валом (3 и исполнительным
валом а вне зависимости от того, вызвано ли это рассогласование управ-
ляющим воздействием или изменением момента нагрузки на валу
объекта.
Для обеспечения устойчивой работы следящего привода и прида-
ния ему требуемых динамических свойств используется последователь-
ное дифференцирующее звено Rl, Cl, R2 в цепи сигнала ошибки, а
также дифференцирующее звено С2, R3, от которого поступает на вы-
ходной каскад У2 электронного усилителя напряжение гибкой отри-
цательной обратной связи, пропорциональное изменению тока якоря М
(сигнал, пропорциональный току, снимается с резистора R4),
517
Наряду с отмеченными выше положительными свойствами следя-
щего привода с ЭМУ необходимо отметить и его основные недостатки.
К ним относятся наличие сложного преобразовательного агрегата
(ЭМУ — приводной двигатель), установленная мощность которого бо-
лее чем в 2 раза превосходит мощность исполнительного двигателя;
значительные массы и габариты силовой части привода, сравнительно
низкий КПД (0,5—0,6); высокий уровень шума за счет вращающихся
частей преобразовательного агрегата; сравнительно невысокое быстро-
действие; малая жесткость механической характеристики приводного
двигателя, вследствие чего значительна статическая ошибка (ошибка,
пропорциональная статическому моменту).
Повышение жесткости механических характеристик двигателя до-
стигается введением жестких обратных связей, например по току и
напряжению.
Схема следящего привода с двигателями постоянного тока с силовым
транзисторным усилителем
Основным достоинством следящего привода с исполнительным дви-
гателем постоянного тока и силовым транзисторным усилителем по
сравнению с системой ЭМУ — Д является большое быстродействие
электропривода, что позволяет придать приводу требуемые динамиче-
ские свойства. Кроме того, уменьшаются масса и габариты привода,
повышается КПД, снижается уровень шума, повышается надежность.
телем.
ФЧВ — фазочувствительный выпрямитель; ТУ — транзисторный усилитель.
Формирование сигналов рассогласования и корректирующих сиг-
налов в следящих электроприводах постоянного тока с силовыми тран-
зисторными усилителями иллюстрирует рис. 13.6.
Измерительная схема для получения сигнала рассогласования (за-
данного сигнала управления) построена с использованием двух синусно-
косинусных вращающихся трансформаторов СКВТ. Один из них —
датчик Д — связан с задающей осью, другой CKJ3T — приемник П —
связан с исполнительной осью. Точность измерения угла рассогласо-
вания в таких следящих электроприводах достигает 1—3',
Как видно из рис. 13.6, CRBT в отличие от сельсина имеет на
статоре две взаимно перпендикулярно расположенных в пространстве
обмотки и такие же обмотки на роторе. Схема соединения обмоток дат-
чика и приемника ясна из рисунка. При повороте ротора датчика отно-
сительно его обмотки возбуждения в обмотках ротора наводится пере-
518
менная ЭДС, амплитуда которой пропорциональна cos р в одной об-
мотке и sin Р — в другой. Отсюда и название СДВТ. В остальном
принцип измерения угла рассогласования такой же, как и в случае
сельсинов. Синусно-косинусный трансформатор обладает большей точ-
ностью, чем сельсины, но имеет меньшую мощность сигнала. В настоя-
щее время разработаны следящие приводы с транзисторными усили-
телями мощностью до нескольких киловатт.
Схема следящего привода с управляемым тиристорным выпрямителем
и двигателем постоянного тока независимого возбуждения
Схема следящего привода с двигателями постоянного тока незави-
симого возбуждения с управляемым тиристорным выпрямителем УТВ
приведена на рис. 13.7. Здесь управляющее напряжение U& вырабаты-
вается измерителем рассогласования, состоящим из СДВТ-Д (датчика).
Рис. 13.7. Схема следящего электропривода с реверсивным тиристор-
ным преобразователем.
связанного с задающей осью, и СДВТ-П (приемника), связанного
с исполнительной осью. Напряжение, пропорциональное углу рассо-
гласования 6, поступает на вход предварительного фазочувствнтельного
усилителя ПУ (предназначенного для преобразования и усиления сиг-
нала ошибки), в котором суммируется с сигналом обратных связей.
Преобразованный и усиленный сигнал ошибки поступает в блок БФУ
формирования импульсов, отпирающих тиристоры УТВ и изменяющих
их фазы относительно фазы напряжения питающей сети в функции
сигнала рассогласования, Исполнительный двигатель М, присоединен-
ный к УТВ, перемещает через редуктор объект регулирования РМ и
одновременно датчик обратной связи по положению — СДВТ—П. На-
пряжение тахогенератора GT, жестко связанного с исполнительным дви-
гателем М, используется в качестве корректирующей обратной связи
519
го скорости (после дифференцирования цепочкой /<2), а также для фор-
мирования статической характеристики ПУ. В качестве корректирую-
щей обратной связи по току используется после дифференцирования
цепочкой К1 падение напряжения на резисторе Rc, включенном в цепь
якоря М.
Реакторы L1 — L4 в УТВ служат для ограничения уравнительного
тока и уменьшения пульсаций тока якоря.
Следящий привод с УТВ обладает высоким быстродействием, малой
массой и габаритами, высоким коэффициентом усиления по мощности,
мгновенной готовностью к работе и высокими энергетическими показа-
телями. Он может быть использован при создании высокоточных сле-
дящих приводов сравнительно большой мощности до 100 кВт и выше.
Схема следящего привода переменного тока с двухфазным асинхронным
двигателем
Достоинствами следящего привода переменного тока являются
большой срок службы и высокая надежность работы благодаря отсут-
ствию в двигателе коллектора.
Двухфазные исполнительные асинхронные двигатели обычно с по-
лым короткозамкнутым ротором широко используются в следящих
системах. Особенностью их является большое критическое скольжение
(sK = 2 4-4). Обмотки их питаются сдвинутыми на 90® напряжениями.
Регулирование момента и угловой скорости осуществляется или изме-
нением действующего значения напряжения на управляющей обмотке
(или на обеих обмотках), или изменением сдвига фаз напряжений, или
комбинированными способами (изменение фазы и напряжения). Суще-
ственным недостатком этих двигателей являются повышенные тепло-
вые потери в роторе двигателя, что исключает возможность создания
таких приводов мощностью более 1—2 кВт.
Схема следящего привода с двухфазным асинхронным двигателем
приведена на рис. 13.8. Двухфазный асинхронный двигатель имеет
обмотку управления ОУ и обмотку возбуждения ОВ. Питание обмотки
управления осуществляется от фазы А трехфазной сети переменного
тока через силовые тиристоры VI — V4. Обмотка возбуждения двига-
теля включается на линейное напряжение (фазы В, С) через силовые
тиристоры V5, V6. Управление двигателем происходит следующим
образом.
При отсутствии ошибки в работе следящего привода напряжения
и иг выходного каскада У2 усилителя У равны 0. Блок БУТ не выра-
батывает импульсов, управляющих тиристорами VI — V6, и напря-
жения на управляющей обмотке ОУ и на обмотке возбуждения ОВ
двигателя равны 0.
При наличии ошибки появляется напряжение t/j или U2 в зави-
симости от фазы сигнала ошибки. При возникновении напряжения 1!г
с выхода БУТ на тиристоры VI, V2 подаются импульсы, которые управ-
ляют углом включения этих тиристоров. При этом в один полупериод
питающего напряжения открывается тиристор V/, а в другой полу-
период — тиристор V2, и на обмотке управления ОУ создается управ-
ляющее напряжение переменного тока. При изменении фазы ошибки
на выходе усилителя появляется напряжение U2. При этом соответ-
ственно в один полупериод питающего напряжения открывается тири-
стор V3, а в другой полупериод — тиристор V4, и на обмотке управле-
ния ОУ создается управляющее напряжение переменного тока другой
520
фазы (сдвиг на 180°). Значение управляющего напряжения пропорцио-
нально напряжению (1Л)-
Силовые тиристоры V5, V6 в цепи обмотки возбуждения О В дви-
гателя подают соответствующее напряжение на нее при наличии на-
пряжения Ul (U2). Изменение угла включения тиристоров V5, V6
определяется значением напряжения Ul (f/2). В один полупериод пи-
тающего напряжения открывается тиристор Уб, в другой — Уб, и на
обмотке возбуждения ОВ двигателя создается переменное напряжение
регулируемой величины.
Рис. 13.8. Схема следящего электропривода переменного тока с двух-
фазным асинхронным двигателем.
Таким образом, при наличии ошибки слежения появляется напря-
жение 14 (t/2) усилителя, создается напряжение с соответствующими
фазой и значениями на обмотке управления ОУ двигателя и возникает
напряжение соответствующего значения на обмотке возбуждения ОВ
двигателя. Двигатель М начинает вращаться. При изменении фазы
ошибки изменяется на 180° фаза управляющего напряжения на обмотке
управления и изменяется направление вращения двигателя.
Конденсаторы С2 — С5 и резисторы R3, R4 служат для сглажи-
вания пульсаций напряжения в обмотках двигателя.
Тиристоры VI — Уб, попарно включенные встречно-параллельно,
выполняют функции тиристорных регуляторов переменного напряже-
ния с фазовым управлением. В схеме возможен режим, когда тиристоры
Уб, Уб работают при появлении напряжения (J, (U2) с постоянным
углом включения (в частности, с нулевым), выполняя роль тиристор-
ного бесконтактного выключателя переменного напряжения, который
отключает обмотку возбуждения ОВ двигателя при стоянке привода ,i
для уменьшения нагрева двигателя.
521
13.5.	Программное управление электропри-
водами
В последние годы получают применение в раз-
личных областях техники системы автоматического управ-
ления, действующие по заранее заданной программе.
Программа может быть задана различными способами.
Например, в копировальных станках программа задается
в виде заранее изготовленных шаблонов или моделей,
весьма разнообразных и имеющих в некоторых случаях
очень сложную поверхность (рис. 13.9, а—и). При помощи
соответствующих следящих приводов подач в процессе
Рис. 13.9. Примеры деталей с фасонными поверхностями.
обработки на таких станках удается с определенной точ-
ностью придать заготовке такие формы и размеры, какими
обладает модель или шаблон. В этих и аналогичных устрой-
ствах приходится затрачивать много времени на настройку
станка. В условиях индивидуального и мелкосерийного
производства это время оказывается существенным. Так,
если речь идет о механической обработке деталей, то для
того, чтобы просверлить несколько отверстий в двух-
трех деталях, необходимо предварительно разметить место-
положение этих отверстий от руки, а затем уже по этой
разметке просверлить отверстия. То же самое приходится
выполнять, если необходимо прорубить отверстия, напри-
мер, в панели для крепления электрических аппаратов.
Если необходимо обработать два-три кулачка, то при-
ходится разметить шаблон от руки, почти полностью
522
ручным способом его обработать, а затем на копироваль-
ном станке обрабатывать требуемые кулачки. Таких при-
меров можно было бы привести много. Но из приведенных
примеров уже ясно, что для автоматизации машинострои-
тельного производства в условиях мелких серий необходимы
новые средства автоматики, позволяющие исключить зна-
чительную долю ручных работ, выполняемых в техно-
логическом процессе, начиная от чертежа до готовой де-
тали.
Появление современных средств электроавтоматики и
вычислительной техники позволило разработать новые
принципы построения автоматических систем управления
производственными механизмами. В этих системах под-
готовленные соответствующим образом числовые данные
чертежа непосредственно вводятся в машину, минуя вспо-
могательные ручные работы, и обеспечивают автоматиче-
скую обработку детали. Такие системы автоматического
управления называются’системами числового программного
управления (ЧПУ).
Наиболее эффективно использование оборудования
с ЧПУ в мелкосерийном и единичном производстве при
точной обработке сложных по конфигурации изделий.
В зависимости от типа оборудования с ЧПУ и производи-
мой на нем операции производительность его по сравнению
с обычным оборудованием может увеличиваться до 500—
600 %. Значительный экономический эффект достигается
в этом случае за счет существенного сокращения вспомо-
гательного времени, которое в обычных условиях состав-
ляет 60—80 % общей затраты времени на обработку изде-
лия, а в системе с ЧПУ оно составляет 20—30 %.
Высокие показатели оборудования с ЧПУ получаются
при правильном планировании и высокой организации
производства. При этом возникает также необходимость
в работниках высокой квалификации, знающих ЭВМ.
Применение ЭВМ позволяет автоматизировать программи-
рование режима обработки.
Существуют две группы систем ЧПУ, определяемые
технологическими условиями работы управляемых машин.
В первой из них необходимо обеспечить положение изде-
лия относительно инструмента в определенные дискретные
моменты времени. При этом характер траектории пере-
мещения из одного положения в другое не имеет значения
(сверлильные станки, дыропробивные прессы и т. п.).
Системы ЧПУ этой группы называются системами п о-
523
акционирования или системами управ-
лен и я по ложен ием.
Вторая группа машин требует непрерывного управле-
ния движением обрабатываемой детали относительно ин-
струмента (фрезерные станки для обработки штампов
Рис. 13.10. Многооиерационный станок.
и пресс-форм, газорезальные машины и т. п.). Системы ЧПУ
этой группы называются системами контурного
управления или непрерывного управ-
л е н и я.
С развитием цифрового управления все больше сти-
раются грани между указанными способами цифрового
524
управления. Это связано с широким применением много-
операционных станков, на которых производят обработку
различного вида (сверление, расточку, фрезерование и т. п.).
На рис. 13.10 приведена фотография такого многооперацион-
ного станка. Для управления станками используются так
называемые универсальные системы ЧПУ, позволяющие
осуществить как позиционирование, так и контурное управ-
ление. Эти системы обычно характеризуются тем, что от
программы наряду с геометрической информацией задается
большое число технологических и вспомогательных команд
Рис. 13.11. Пример карты с коор-
динатами,
(смена инструмента, изменение скоростей, включение и
выключение охлаждения и т. п.), позволяющих полностью
автоматизировать цикл обработки детали на станке.
Рассмотрим прохождение цифровых данных (информа-
ции) от чертежа до технологической машины. Машино-
строительный чертеж в связи с использованием ЧПУ
претерпевает некоторые изменения по сравнению с тра-
диционным. В частности, расстановка размеров произ-
водится с учетом удобств последующего программирова-
ния, и иногда даже значительно уменьшается детализация
его, поскольку чертеж не попадает непосредственно на ра-
бочее место. Пример карты с координатами приведен
на рис. 13.11. По этому чертежу технолог намечает путь
и режим перемещения обрабатываемой детали относительно
инструмента. Если речь идет о выполнении технологических
операций на машинах с ЧПУ положением, то в исполь-
525
зовании ЭВМ для последующего расчета траектории дви-
жения инструмента относительно детали нет необходимости;
технолог непосредственно задает все данные для подготовки
программы, которая затем непосредственно вводится в си-
стему управления станком.
Ввод программы осуществляется часто на перфориро-
ванной ленте или перфорированной карте. На перфориро-
ванных лентах используется запись в коде, легко прочи-
тываемом обслуживающим персоналом. Таким кодом обычно
а)	КОО	5)
Рис. 13.12. Примеры записи числа в десятичном коде (а) и в двоично-
десятичном (6).
При десятичном коде каждой цифре десятичного раз-
ряда соответствует определенное положение отверстия
на ленте, так что для каждого разряда требуется 10 мест.
В двоично-десятичном коде каждый десятичный разряд
образуется комбинацией четырех цифр, возможное соче-
тание которых обеспечивает все числа от 0 до 9, таким
образом, в этом коде требуется четыре места на ленте
для каждого разряда. Наиболее часто применяется код
8 4 2 1. Следует отметить, что читаемость цифр в этом коде
после некоторого времени работы с ним такая же, как
и в чисто десятичном коде. На рис. 13.12, а и б в качестве
примера приведена запись числа 12 506 в обоих кодах.
Цифровые коды применяются обычно в тех случаях,
когда от программы вводится сравнительно небольшой
объем информации. При большом объеме вводимой информа-
ции наиболее часто используются алфавитно-цифровые
коды и адресный способ кодирования, при котором цифро-
вой информации предпосылается буквенный адрес. Код
буквенного адреса определяет те ячейки памяти, куда
посылается следующая за адресом цифровая информация.
Такой способ записи программы позволяет существенно
526
сократить длину программоносителя за счет того, что
в программе не записываются адреса с нулевым значением
цифровой информации и команды, которые не изменяются
по сравнению с ранее введенной информацией.
13.6.	Применение ЭВМ для программного
управления металлообрабатывающими
станками
При использовании ЭВМ в случае програм-
мирования обработки сложных траекторий движения из
нее выдается перфорированная лента, которая, как ука-
зывалось выше, идет либо непосредственно в прочитываю-
щее устройство системы управления станком, либо на
устройство для декодирования и записи на магнитную
ленту. В обоих случаях должно выполняться декодирова-
ние, т. е. перевод чисел, «непонятных» для исполнительных
элементов системы, в физические параметры, «понятные»
для этих элементов. В качестве таких параметров исполь-
зуются частота и число импульсов, фаза управляющего
сигнала относительно опорного сигнала и напряжение.
Как правило, стремятся систему управления непосред-
ственно технологической машины сделать возможно проще,
и поэтому декодирующее устройство отделяют от нее,
вводя программу на магнитной ленте. На ленте программа
записана в расшифрованном виде.
Рассмотрим принцип работы декодирующего устройства
на примере перевода кодированной программы в импульс-
ную форму. Траектория движения инструмента относи-
тельно детали (рис. 13.13) аппроксимируется участками
прямых, длина которых определяется допустимым отклоне-
нием от геометрической кривой. На перфорированной
ленте записаны числа, соответствующие перемещению по
осям координат в единицах цены импульсов датчиков
обратной связи. Для того чтобы инструмент двигался
по заданному отрезку прямой, необходимо, чтобы за время
прохождения пути Ах вдоль одной оси по второй был прой-
ден путь Аг/. Для этого на магнитной ленте вдоль дорожки
сигнала управления перемещением по оси х записыва-
ются Ах/б импульсов, а вдоль оси у — \у!Ь импульсов,
где б — перемещение на один импульс. Скорость пере-
мещения задается частотой следования импульсов.
От задающего генератора 1 (рис. 13.14) импульсы через
блок регулирования скорости 2 (частоты следования импуль-
527
сов) подаются на кодированный десятичный делитель 3—6,
причем с каждым выходом этого делителя связаны соот-
ветствующие цепи реле памяти. Последние в зависимости
от чисел, введенных с ленты, подготавливаются так, что
по делителю через эти цепи будут проходить импульсы,
количество которых, снимаемое с каждого десятичного
разряда делителя, за время наполнения всех разрядов
счетчика равно /г-10"’л; здесь п — номер десятичного
разряда, если считать от конца; k — число кода.
Рис. 13.13. Аппроксимация тра.
ектории движения инструмента.
! — фреза; 2 — траектория движе-
ния центра фрезы; 3 — контур из-
делия.
Рис. 13.14. Схема устройства
для записи на магнитную ленту,
Для обеспечения непрерывности выхода импульсов
предусмотрены два устройства промежуточной памяти 7,
8 и 7а, 8а; таким образом, при работе одного устройства
памяти второе подготавливается. Переключение с одного
устройства памяти на другое выполняется выходным сиг-
налом с последнего разряда делителя, который переключает
триггер 9, а последний подготавливает ту или иную схему
совпадений и тем самым соединяет соответствующие
цепи выходных сигналов. Импульсы, выходящие через
цепи памяти после усиления (10, 11), подаются на записы-
528
вающую головку 12 для записи импульсов на магнитной
ленте 13.
Декодирующее устройство может быть использовано и
для непосредственного управления станком от перфори-
рованной ленты 14. В этом случае импульсы с выхода
декодирующего устройства подаются на вход импульсной
следящей системы. Если же речь идет о программирова-
нии работы машины с ЧПУ второй группы при отработке
сложных пространственных траекторий, то выполнение
всей массы вычислительной работы передается быстродей-
ствующей ЭВМ. В нее заранее введены необходимые под-
программы вычисления всех основных геометрических
образцов, встречающихся в машиностроении (прямая, ок-
ружность, эллипс, цилиндр, конус, шар, гиперболоид
вращения и т. п.). Программист в дальнейшем задает по-
рядок сочетания этих геометрических образцов, их пара-
метры и требуемые технологические условия: размеры
инструмента, режимы работы, точность вычисления и т. п.
Каждая из подпрограмм имеет свое наименование, которое
программистом выписывается, так что программа при-
нимает вид, аналогичный тексту телеграммы. Затем состав-
ленная программа передается из перфорационного устрой-
ства, где подготавливается лента, для управления работой
ЭВМ либо непосредственно для управления работой тех-
нологической машины.
В первом'случае ЭВМ выдает перфорированную ленту,
которая идет либо непосредственно в технологическую
машину, либо на устройство для переписи с перфорирован-
ной ленты на магнитную, и уже последняя подается на
управляемую технологическую машину.
Ввод программы осуществляется чаще всего на пер-
форированной ленте. Иногда предусматривается возмож-
ность ручного набора перемещений непосредственно на
технологической машине с помощью переключателей.
На перфорированных лентах используется запись в коде,
который принимается десятичным или чаще всего бук-
венно-цифровым с записью чисел в двоично-десятичном
коде.
Наряду с рассмотренным декодирующим устройством,
которое осуществляет линейную интерполяцию, широкое
применение нашли линейно-круговые интерполяторы, поз-
воляющие существенно сократить объем вводимой инфор-
мации при обработке деталей, контур которых составлен
из дуг окружностей и отрезков прямых.
529
Для построения систем ЧПУ различного назначения
в современной практике наиболее часто применяется агре-
гатный принцип, позволяющий строить различные системы,
используя для этого ограниченную номенклатуру агрегат-
ных узлов.
На рис. 13.15 приведена структурная схема позиционной
системы, построенной по такому принципу. Информация х,-,
считываемая с перфоленты через устройство ввода УВ,
где она контролируется, преобразуется в необходимый код

Рис. 13.15. Функциональная схема позиционной системы числового
управления.
и вводится в регистр памяти Rn. В регистре памяти поло-
жения /?п,п хранится код положения исполнительного
органа станка относительно заданного нуля отсчета х^.
Сигнал, поступающий от датчика обратной связи ДОС,
соединенного с исполнительным органом станка, преобра-
зуется с помощью ПК в код системы. Преобразователь
кода ПК опрашивается примерно 500 раз в секунду и
посылает в арифметическое устройство А У код, определяю-
щий приращение перемещения за период между двумя
последовательными опросами (преобразователя ПК) — Ах.
При перемещении исполнительного органа к содержимому
регистра Rn.п> равному х1-1, прибавляется приращение Ах,
и эта сумма заводится в регистр /?п п. Затем новое содер-
жание регистра, равное X/ t 4- Ах, выбирается из содер-
жимого регистра памяти Йа (х,), и результат сравнивается
530
с постоянными Clt С2. Если указанная разность достигает
значений постоянных Сь С2, выдается соответствующая
команда на снижение скорости. При х{ — (х,-! + Ах) = О
выдается команда на остановку исполнительного органа
станка.
Работа системы управляется устройством УУ, которое
осуществляет управление в соответствии с описанным выше
алгоритмом.
В рассмотренной системе могут быть применены разные
датчики (импульсные, фазовые, кодовые) и привод испол-
нительного органа различного типа. При этом будут соот-
ветственно изменены устройства, связывающие вычисли-
тельную часть системы с датчиком обратной связи и при-
водом подачи.
Применение в системе центрального вычислительного
устройства обеспечивает различного вида коррекции про-
граммы, вводимые вручную с панели управления и необ-
ходимые для компенсации влияния ряда факторов, кото-
рые не могут быть учтены при подготовке программы и
могут быть введены по результатам обработки первой
детали, без изменения самой программы.
Аналогичным образом могут быть построены и другие
системы, например контурная система или универсальная
система. При этом такие узлы, как устройство ввода, ариф-
метическое устройство, устройство связи с датчиком обрат-
ной связи, устройства управления приводом, устройства
формирования технологических и вспомогательных команд
и ряд других могут использоваться без каких-либо изме-
нений. Изменяться будут только число регистров памяти Ra
и устройство управления УУ, которое должно выполняться
в соответствии с заданным алгоритмом работы, видом при-
нятой интерполяции и т. п.
Несмотря на ряд существенных преимуществ, связанных
с широкими технологическими возможностями и гиб-
костью управления станками, системы с управлением от
перфоленты являются весьма сложными устройствами
с большим объемом электронного оборудования, по-
этому в ряде случаев используются системы ЧПУ движе-
нием с вводом программы на магнитной ленте.
Программа обычно задается в виде командных импуль-
сов, каждый из которых несет информацию об элементар-
ном перемещении, или изменении фазы импульсов отно-
сительно опорной. Структура системы воспроизведения
определяется видом задания программы и типом датчика
531
обратной связи. При этом устройство, управляющее стан-
ком, существенно упрощается.
Замкнутые системы ЧПУ с применением датчиков
путевого контроля (датчиков обратной связи) исполь-
Рис. 13.16. Общий вид фрезерного станка с программным управлением,
зуются для автоматизации тяжелых станков (с переме-
щениями исполнительных органов свыше 1 м), а также
станков повышенной точности малых и средних размеров.
Замкнутая система ЧПУ рассматривается на примере
трехкоординатного фрезерного станка модели 6441П
532
(рис. 13.16), предназначенного в основном для обработки
объемных штампов сложной формы, а также фасонных
изделий из стали.
Привод стола, а также приводы шпиндельной бабки
в горизонтальном и вертикальных направлениях осуще-
ствляются двигателями постоянного тока, управляемыми
преобразователем. Скорость и перемещение исполнитель-
ных органов станка определяются подводимым к якорю
двигателя напряжением и знаком этого напряжения, си-
стема выполнена с помощью соответствующих обратных
Рис. 13.17. Схема индуктивного фазоимпульсного датчика.
связей, обеспечивающих необходимый диапазон регули-
рования скорости, а также высокое быстродействие при-
вода подачи с допустимым перерегулированием.
Станок оснащен датчиками путевого контроля и систе-
мами числового управления, осуществляющими непрерыв-
ный контроль за соответствием заданной и фактической
величин перемещения исполнительного механизма.
Перемещения исполнительных органов контролируются
индуктивными фазоимпульсными датчиками. Программа ра-
боты станка вводится на магнитной лепте способом, ана-
логичным описанному выше. Принципиальная схема дат-
чика представлена на рис. 13.17. Магнитная система дат-
чика состоит из шкалы 1 и винта 2, который приводится
во вращение с помощью синхронного двигателя 3. На шкале
533
нанесены зубцы с шагом h, с точно таким же шагом выпол-
нена нарезка резьбы на винте. При вращении его с постоян-
ной угловой скоростью а» вершины зубцов винта будут
перемещаться вдоль шкалы с линейной скоростью &h!2n.
При этом будут изменяться магнитное сопротивление за-
зора в зоне шкала — винт. Это приведет при наличии
соответствующего подмагничивания к изменению магнит-
ного потока в сердечнике, благодаря чему во вторичной
обмотке будет наведена ЭДС е = dQ/dt, которая изме-
няется по периодическому закону с частотой /осн, соответ-
ствующей угловой скорости со.
При перемещении исполнительного механизма жестко
связанный с ним винт смещается относительно шкалы,
что приводит к изменению частоты следования сигналов
на вторичной обмотке, f — /осн ± А/. На одном валу
с винтом установлен тактирующий датчик 4 (индуктивный
или фотодатчик), вырабатывающий постоянную опорную
частоту /опорн. которая больше /осн в k раз. Отношение k
выбирается исходя из минимального перемещения, кото-
рое необходимо задавать в систему числового управления
(дискретность ввода информации). Кроме того, значение k/2
(число импульсов) или й/2 (мм) соответствует максимально
допустимому рассогласованию, при котором еще не про-
исходит потери информации. Это значение выбирается
в основном исходя из динамических параметров системы
привода подач.
Для исключения влияния радиального биения винта
на точность измерения фазы сигнала датчика винт выпол-
няется многозаходным (в реальной системе число заходов
т — 10), что позволяет электрически отделить основную
частоту /осн от складываемой с ней частоты, связанной
с радиальным биением системы.
Структурная схема фазоимпульсной системы с исполь-
зованием в качестве датчика путевого контроля фазо-
импульсного датчика представлена на рис. 13.18.
Импульсы программы п ($) по одному из каналов в зави-
симости от заданного направления перемещения испол-
нительного механизма станка поступают на вход схемы
синхронизации <3. Назначение ее состоит в том, чтобы
синхронизировать командные импульсы с импульсами N
от тактирующего датчика 2 (fN /Пмакс). После этого
импульсы п ($) поступают на вход схемы преобразования,
состоящей из блока сложения и вычитания 4 и делителя 5.
В блоке 4 осуществляется сложение или вычитание (в за-
534	'
висимости от заданного направления перемещения) импуль-
сов п (s) с импульсами N тактирующего датчика, благодаря
чему на вход делителя 5 поступает последовательность N±n
импульсов. Объем делителя выбирается равным соотно-
шению ^опорн//осн — к, поэтому при отсутствии команд-
ных импульсов и неподвижном исполнительном механизме
рассогласование по фазе между импульсами от винтового
датчика и импульсами с выхода делителя отсутствует.
Рис. 13.18. Структурная схема фазоимпульсиой системы.
/ — фазоимпульсяый винтовой датчик: 2 — тактирующий датчик: 3 — схема
синхронизации; 4 — блок сложения (вычитания); 5 — делитель; 6 — триггер
(фазовый преобразователь); 7 — усилитель мощности; 8 — исполнительный
двигатель; 9 — исполнительный механизм; 10 — синхронный двигатель дат-
чика; 11 — блок автоматического задания скорости.
Приход импульсов программы вызывает смещение фазы
импульсов с выхода делителя относительно фазы сигналов
винтового датчика, которое с помощью фазового преобра-
зователя — триггера преобразуется в напряжение, управ-
ляющее скоростью привода подач.
Перемещение исполнительного механизма и связанного
с ним жестко винтового датчика приводит к смещению
фазы последнего на то же значение.
13.7.	Программное управление с примене-
нием шаговых двигателей
Для цифрового программного управления станками ма-
лых размеров (с перемещением стола до 1 м) средней точности нашли
применение «дискретные» приводы с шаговыми двигателями (ШД),
у которых поворот ротора при подаче управляющего импульса дозиро-
ван. В этом случае используются разомкнутые системы, в которых им-
535
пульсы программы подаются непосредственно на исполнительные дви-
гатели без проверки их исполнения (без датчика обратной связи).
Принцип действия существующих ШД основан на дискретном
изменении состояний электромагнитного поля в рабочем зазоре машины
за счет импульсного возбуждения обмоток. Импульсное возбуждение
обмоток обеспечивается электронным коммутатором, который преоб-
разует одноканальную последовательность управляющих импульсов
малой мощности в многофазную систему напряжений, приложенных
к обмоткам (фазам) ШД.
Наиболее полно требованиям программного управления с точки
зрения быстродействия, устойчивости движения и степени его дискрет-
ности в сочетании с надежной системой коммутации отвечают много-
фазные {т 2г 3) ШД, обмотки которых возбуждаются поочередно или
группами однополярными импульсами напряжения прямоугольной
формы. В конструктивном отношении эти двигатели являются модифи-
цированными синхронными машинами: с постоянными магнитами на
роторе, индукторными или реактивными. Ступенчатому характеру из-
менения напряжений на фазах соответствует дискретное вращение
электромагнитного поля в рабочем зазоре двигателя, вследствие чего
движение ротора состоит из последовательных элементарных поворотов
или шагов, совершаемых по апериодическому или колебательному
закону.
Число различных электрических состояний двигателя называют
числом тактов его коммутации. Шаг, определяемый числом п тактов
коммутации и числом р пар полюсов ШД, равен:
а = 3607рл-
Шаговый двигатель совместно с электронным коммутатором пре-
образует последовательность управляющих импульсов в угол поворота
и угловую скорость исполнительной оси. Суммарный угол поворота
пропорционален числу импульсов, а угловая скорость — частоте.
Амплитуда и форма импульсов могут изменяться в определенных пре-
делах, не нарушая нормальной работы системы и ее точности. При
отсутствии сигнала на входе электронного коммутатора переключение
обмоток прекращается, поле в рабочем зазоре оказывается неподвижным.
Привод фиксирует, т. е. «запоминает» конечные координаты любых
перемещений с точностью до долей одного шага. В отличие от синхрон-
ных двигателей ШД рассчитаны на вхождение в синхронизм из состоя-
ния покоя и на принудительное электрическое торможение. Благодаря
этому они обеспечивают в рабочем диапазоне частот внезапные пуск,
остановку и реверс без потери информации, т. е. без пропуска шагов.
Посредством логического преобразования маломощных входных им-
пульсов можно в широких пределах изменять шаг двигателя, получать
стартстопные движения без колебаний вала в конце шага или, напротив,
почти полностью устранять дискретность движения, реализуя синх-
ронное вращение вала.
Шаг двигателя может быть выбран произвольно малым по условиям
требуемой точности, поэтому шаговый привод воспроизводит все виды
механического движения, доступные непрерывным системам привода.
Перечисленные особенности позволяют определить дискретный при-
вод с ШД как синхронно-импульсный следящий привод, сочетающий
в себе возможности глубокого частотного регулирования угловой ско-
рости (до 0) с возможностями числового задания пути.
На выходе ШД может устанавливаться усилитель, обычно пред-
ставляющий собою автономную следящую систему. В этом случае ШД
536
выполняет функцию преобразования импульсного сигнала в угловое
или линейное перемещение задающего органа этой системы. Им может
быть поворотный трансформатор, сельсин, золотник гидроусилителя
и т. п. При ограниченной мощности ШД работают непосредственно на
приводной механизм. Ниже будут даны примеры применения ШД
в станках с программным управлением как с непосредственным при-
водом, так и с приводом через гидроусилитель.
Промышленностью серийно выпускается широкая номенклатура
ШД. Магнитоэлектрические четырехфазные двигатели серий ШДА и
ШД имеют шаг 22,5 и 18°. Индукторные четырехфазные двигатели се-
рии ШДР обеспечивают шаг от 15 до 3°. Кроме того, выпускаются
силовые ШД для металлургического машиностроения серии ШДА
с номинальным моментом до 35 Н -м и ШД-5, ШД-4, ШД-6А, ШД-4Б,
входящие в состав комплектных устройств дискретного привода для
станков с программным управлением.
Рис. 13.19. Поперечный разрез
конструкции четырехфазного
шагового двигателя.
Общ.
о
Рис. 13.20. Схема соединения
обмоток шагового двигателя.
На рнс. 13.19 показан поперечный разрез конструкции четырех-
фазного индукторного ШД серии ШД-4. В корпусе 1 запрессован ших-
тованный пакет статора 2, имеющий восемь полюсных выступов с гре-
бенчатыми зубцовыми зонами. Зубчатый ротор 3 также набран из
листов электротехнической стали. Число зубцов ротора Zp определяет
собою число р пар полюсов двигателя и его шаг (при заданной схеме
переключения обмоток). Зубцы на полюсных выступах статора наре-
заны с тем же шагом, что и на роторе, при этом смежные гребенчатые
зубцовые зоны статора взаимно смещены относительно зубцов ротора
на V4 зубцового деления. Катушки 4 диаметрально противоположных
полюсных выступов статора объединены последовательным включением
в одну обмотку управления (фазу). Фазы статора соединены в четырех-
лучевую звезду с выведенной общей точкой, как показано на рис. 13.20.
Общий провод обмотки присоединяется к «минусу» источника постоян-
ного тока, а на начала фаз через усилители мощности, работающие
в ключевом режиме и управляемые электронным коммутатором, в кру-
говой последовательности поочередно или попарно подается положи-
тельный потенциал. Таким образом, питание фазных обмоток произво-
дится однополярными импульсами напряжения, При протекании тока
537
в одной или двух смежных фазах ротор ШД стремится занять положе-
ние, при котором его зубцы соосны с зубцами возбужденных гребенча-
тых зон статора. Поскольку зубцовые зоны статора смещены на 1/i зуб-
цового деления относительно зубцов ротора, то перенос возбуждения
на смежную пару диаметрально противоположных полюсных выступов
статора при переключении обмоток вызывает поворот ротора на шаг,
равный зубцового деления. Механический угол поворота при этом
равен:
а = 3607«Zp.
Разомкнутую систему ЧПУ с. шаговым приводом можно рассмотреть
на примере трехкоордипатного консолыю-фрезерного станка модели
Рис. 13.21. Общий вид консольно-фрезерного станка с числовым про-
граммным управлением.
6Н13ПР. Общий вид этого станка представлен на рис. 13.21, а на
рис. 13.22 показан участок станков 6Н13ПР с ЧПУ. Станок предназна-
чен для обработки плоских или пространственных изделий сложного
профиля типа штампов, пресс-фор.м, кулачков и т. п. Пространственная
обработка достигается сочетанием движения стола станка с обрабаты-
ваемой деталью в горизонтальной плоскости (в продольном и попереч-
ном направлениях) и вертикального перемещения фрезерной головки
с инструментом. Привод стола и головки выполнен на ШД, работающих
через гидравлические усилители момента, Для исключения влияния
538
зазоров в передачах на точность обработки изделий в приводах всех
подач применены рециркуляционные шариковые винтовые пары с вы-
соким КПД, а кинематические цепи сделаны предельно короткими.
Двигатель обеспечивает дозированный (1,5°) поворот вала на каждый
поступивший импульс управления, благодаря этому система управле-
ния выполняется без датчиков обратной связи, что существенно упро-
щает все устройство.
Рис. 13.22. Общий вид участка станков с ЧПУ,
Структурная схема системы управления станком приведена на
рис. 13.23. Программа работы станка записывается на магнитной ленте
на шести дорожках. Две дорожки предусмотрены по каждой координате
для задания команд на перемещение по координате соответственно
в прямом и обратном направлениях. Ввод программы осуществляется
в унитарном коде в виде последовательности импульсов.
Считанные с магнитной ленты импульсы программы после форми-
рования в усилителях считывания / поступают па входы трехканаль-
ных шеститактных электронных коммутаторов. Электронный коммута-
тор каждой из координат х, ц, г состоит из распределителя импульсов
по трем каналам (фазам ШД) 11 и выходного усилителя мощности III,
539
который обеспечивает коммутацию обмоток ШД IV в круговой после-
довательности 1—1,2—2—2,3—3—3,1. Двигатели воздействуют на зо-
лотники гидроусилителей ГУ, которые в свою очередь изменяют поло-
жения рабочих органов VI.
Рис. 13.23. Структурная схема
системы управления станком с шаго-
выми двигателями.
13.8.	Программное управление приводом
нажимного устройства реверсивного
прокатного стана
На реверсивных станах горячей прокатки (блюмингах,
слябингах) слиток прокатывается до заданных конечных размеров
заготовки (блюмса, сляба) за несколько пропусков. После каждого
пропуска изменяют раствор между валками и направление прокатки.
Изменение раствора валков производят при помощи нажимного устрой-
ства путем перемещения верхнего валка по определенной программе
(программе обжатий). Последняя зависит от исходных размеров слитка,
требуемых конечных размеров заготовки, марки стали и температуры
металла.
При ручном управлении нажимным устройством высокая точность
прокатки получается, как правило, за счет снижения производитель-
ности стана. Это объясняется тем, что оператору стана не удается за
одно включение нажимного устройства установить требуемый раствор
между валками; ему приходится делать несколько дополнительных вклю-
чений, на которые, естественно, затрачивается время. Даже лучшие
операторы делают до 40 % таких дополнительных включений.
Управление нажимным устройством требует от оператора большого
физического и нервного напряжения. Так, на высокопроизводительных
станах оператору приходится делать 1000 и более включений нажим-
ного устройства в час. Естественно, что выдержать такой высокий темп
работы в течение всей смены, не допустив при этом ошибки, практически
невозможно. А между тем результатом такой сшибки бывает снижение
производительности, а иногда и авария — поломка дорогостоящих про-
540
катных валков. Таким образом, целесообразность автоматизации про-
цесса управления нажимным устройством очевидна.
На рис. 13.24 показана в общем виде структурная схема програм-
мной системы автоматического управления нажимным устройством.
Раствор между валками измеряется в этой системе датчиком положе-
ния верхнего валка ДП, который через редуктор механически или по-
средством «электрического вала» связан с нажимным устройством НУ.
Программа обжатий хранится в программно-задающем устройстве
ПЗУ и выдается оттуда по сигналу устройства счета пропусков УСП,
О
Рис. 13.24. Структурная схема программной системы автоматического
управления нажимным устройством.
Сигналы от датчика ДП и программно-задающего устройства ПЗУ
поступают в управляющее вычислительное устройство УВУ, где они
сравниваются между собой и преобразуются в соответствии с заданным
законом управления (алгоритмом) в управляющее воздействие. По-
следнее выдается в схему управления СУ привода нажимного устрой-
ства по системе Г — Д.
Система автоматического управления нажимным устройством
должна обеспечивать установку раствора валков с заданной точностью
за минимальное время. Для этого необходимо выполнить два условия:
первое — обеспечить пуск и торможение привода с постоянными и
максимально допустимыми ускорением и замедлением и второе — обеспе-
чить установку верхнего валка в заданное положение без перерегу-
лирования.
Первое условие выполняется обычно при помощи предусмотренных
в схеме управления приводом нелинейных обратных связей (отсечек)
по току и напряжению двигателя.
Второе условие обеспечивается тем, что перевод двигателя нажим-
ного устройства в режим торможения производится в строго опреде-
ленный момент времени. Для определения этого момента времени пред-
положим, что привод тормозится с постоянным и максимально допусти-
мым ускорением а. Тогда скорость двигателя со будет уменьшаться по
541
закону
w = a)Ha4—at,
где соНЗч — начальная скорость торможения,
В конце торможения со — 0, поэтому /т = wHa47a. Соответственно
путь торможения привода равен:
(т
Фт = у (®нач - at) dl = <онач/т - аф2,
О
откуда
Фт = анач/2а-
Таким образом, при постоянном замедлении путь торможения
привода пропорционален квадрату его скорости в момент начала тор-
можения. Отсюда следует, что начинать торможение привода нужно
в момент, когда рассогласование между действительным и заданным
положением верхнего валка равно пути торможения. В рассматривае-
мой системе это достигается при помощи квадратичной обратной связи
по скорости привода нажимного устройства, осуществляемой датчиком
скорости ДС совместно с функциональным преобразователем ФП,
имеющим квадратичную характеристику, и при помощи управляющего
вычислительного устройства, реализующего следующий закон упра-
вления:
и=
Т и max
О
Umax
при
при
при
S — S3 ' cm2;
cm2 S 5зад
где U — регулирующее воздействие, подаваемое в схему управления
привода нажимного устройства; S и S3 — соответственно действитель-
ный и заданный растворы валков; с— коэффициент пропорциональности.
Для повышения точности управления и во избежание колебаний
вблизи заданного значения раствора валков привод нажимного устрой-
ства переводится в линейный режим управления:
U — k(S — S3) при |S — 33|^Д,
где Л — относительно малая величина; k — коэффициент пропорцио-
нальности.
Программные системы автоматического управления нажимным
устройством делятся на два основных класса: аналоговые и цифровые.
Последние в настоящее время получают все большее применение, так
как обеспечивают более высокую точность и надежность работы, в них
проще осуществляются хранение и выбор программы обжатий, легче
осуществляется связь с электронной вычислительной машиной, упра-
вляющей станом.
Одним из основных элементов цифровой системы автоматического
управления нажимным устройством является датчик положения верх-
него валка, который представляет собой преобразователь углового по-
ложения вала в цифровой код. Существуют различные типы таких дат-
чиков: контактные, индуктивные, фотоэлектрические и др. Ниже рас-
сматривается фотоэлектрический вариант, наиболее часто применяе-
мый на практике. На рис. 13.25 схематически показано устройство
фотоэлектрического датчика,
542
Основным элементом этого датчика является стеклянный диск СД,
вал которого соединяется с валом нажимного устройства. Диск раз-
делен на несколько колец, количество которых соответствует количеству
двоичных разрядов числа и определяет точность датчика. В данном
случае число разрядов равно 4. На практике применяют 10 разрядов
и больше.
В свою очередь каждое кольцо разделено на ряд прозрачных и не-
прозрачных частей. Внутреннее кольцо, соответствующее старшему
разряду числа, разделено на две части, из которых одна прозрачная,
а вторая непрозрачная. Следующее кольцо разделено на четыре части
и т. д.
Рис. 13.25. Фотоэлектрический преобразователь угла поворота в циф-
ровой код.
С одной стороны стеклянного диска СД расположены осветители ОС,
дающие узкий параллельный пучок света; с другой стороны, против
них — фотодиоды ФД. Количество фотодиодов и осветителей равно
числу колец диска. Напряжения, снимаемые с фотодиодов, поступают
на входы усилителей РУ с релейной характеристикой. Если фотодиод
засвечен, то на выходе соответствующего усилителя имеется полнее
напряжение, что соответствует в цифровом коде +1; если не засве-
чен — то 0.
Таким образом, каждому углу поворота диска СД соответствует
определенная комбинация уровней напряжений на выходах усилите-
лей РУ, т. е. код числа.
Другим существенным элементом цифровой системы автоматиче-
ского управления нажимным устройством является программно-задаю-
щее устройство. Существует несколько типов таких устройств,
Первое и наиболее простое из них — это устройство, в котором
набор программы производится при помощи различного рода переклю-
чателей. Переход с одной программы на другую занимает в этом случае
довольно много времени. Поэтому такие устройства могут быть успешно
применены только на тех станах, где число программ обжатий невелико
и где они редко меняются.
В тех случаях, когда на стане прокатывается разнообразный сор-
тамент продукции и имеет место частая сменяемость программ обжа-
тий, применяют устройства с перфокартами, на которых программа
обжатия записана в двоичном коде при помощи отверстий. Считывание
программы с перфокарты осуществляется в этом случае контактным или
543
фотоэлектрическим способом. Однако и эти устройства имеют свои не-
достатки. Основным из них является то, что записанная на перфо-
карте программа является «жесткой» и не учитывает необходимости ее
изменения в зависимости от температуры слитка.
В связи с этим в последние годы получают все большее применение
программно-задающие устройства, выполненные по типу памяти, при-
меняемой в цифровых ЭВМ. Запись программы обжатий в такие устрой-
ства производится следующими двумя способами.
Первый способ состоит в том, что оператор стана прокатывает
один-два слитка повой партии при ручном управлении. При этом про-
грамма обжатий автоматически записывается в программно-задающее
устройство. Прокатка последующих слитков осуществляется по этой
записанной программе. Если температура слитков отличается от за-
данной, то оператор стана корректирует программу обжатий, прокатав
для этого слиток вручную.
Второй способ заключается в том, что перед прокаткой каждого
слитка программа обжатия рассчитывается на цифровой ЭВМ на осно-
вании начальных размеров слитка, марки стали, температуры металла
и конечных размеров заготовки и вводится перед прокаткой каждого
слитка в программно-задающее устройство. В процессе прокатки слитка
машина получает информацию о давлении на валки, о нагрузке на глав-
ный привод и др. и корректирует на основании этой информации про-
грамму обжатий.
13.9.	Адаптивное управление производст-
венными механизмами
Программное управление производственными
механизмами предполагает детерминированное задание ре-
жимов обработки изделий с целью получения необходимой
производительности и точности обработки соответственно
информации, получаемой из данных чертежа, и с учетом
параметров инструмента и состояния оборудования. Од-
нако при составлении программы, например, для металло-
режущего станка невозможно точно учесть погрешности,
обусловленные системой станок — приспособление — ин-
струмент — деталь (СПИД) и ее упругими свойствами,
изменением твердости заготовки, износом инструмента,
изменением параметров привода подачи, наконец при-
ближенностью данных по режимам обработки и'рядом дру-
гих случайных или трудно учитываемых факторов. Ука-
занные трудности особенно усложняются при составлении
программы для обработки деталей сложной конфигура-
ции.
Снижение упругих деформаций за счет уменьшения
скорости при чистовой обработке сокращает производи-
тельность станка. При ручном управлении в процессе обра-
ботки рабочий может учесть факторы, влияющие на точ-
544
ность обработки изделия за счет упругих деформаций или
за счет затупления режущих инструментов, или каких-
либо других случайных факторов. В станках, работающих
по заранее заданной программе, из-за невозможности учета
упомянутых обстоятельств составленная программа не всег-
да может обеспечить необходимый режим обработки и
качество изделий. Однако в станках, оборудованных си-
стемой ЧПУ, с широко регулируемым главным приводом
и приводом подачи возможно использовать так называемый
принцип адаптивного управления.
Адаптивные системы автоматически осуществляют вы-
бор оптимального режима обработки, поддерживают его
и обеспечивают необходимую коррекцию геометрических
размеров изделий.
Оптимальным режимом обработки считается тот, кото-
рый получается при минимуме удельных приведенных
затрат. Может быть также использован другой критерий,
например максимальной производительности. В общем
случае оптимум указанных критериев не совпадает. Мак-
симальная производительность достигается при соответ-
ствующем съеме металла с учетом стойкости режущего
инструмента.
Минимальная себестоимость и максимальный экономи-
ческий эффект определяются с учетом использования обо-
рудования, числа выпускаемых изделий, их значения
в экономике предприятия и т. д. Адаптивная система
должна обеспечивать минимальные затраты на съем еди-
ницы объема металла, осуществляя непрерывный поиск
по оптимальному нахождению величин, определяющих
высокое качество обработки, с целью получения соответ-
ствующей производительности.
Необходимая точность обработки и высокая произво-
дительность обеспечиваются введением соответствующих
ограничений регулируемых параметров.
В адаптивной системе управления металлорежущими
станками должны учитываться следующие силовые огра-
ничения: усилие резания и мощность или усилие резания
и стойкость режущего инструмента, мощность при предель-
ной подаче, предельная подача и оптимальная стойкость
инструмента.
Переход от одного закона оптимизации к другому
в адаптивных системах должен происходить автоматически.
Рассмотрим некоторые особенности адаптивного управ-
ления на примере шлифовальных станков. При длитель-
18 Чиликни М. Г., Сандлер А, С.
545
ной эксплуатации станка в пределах заданной стойкости
одного шлифовального круга или иногда в пределах цикла
обработки одной детали свойства процесса шлифования
не остаются постоянными. Это непостоянство вызывается
изменением износа круга по мере изменения его диаметра
при заданном усилии резания, изменением жесткости упру-
гой системы станка, изменением текущего припуска в про-
цессе обработки и т. д. Оптимизация технологического
процесса может быть достигнута в адаптивной системе
управления. Например, при неизменной угловой скорости
шлифовального круга в процессе обработки с уменьшением
его размеров изменяется скорость резания. Это вызывает
возрастание скорости износа шлифовального круга, уве-
личение усилия резания и соответственно упругих дефор-
маций. Для наиболее полного использования станка,
увеличения его производительности нужно сохранить на-
грузку на шлифовальный круг постоянной и максимально
допустимой по условиям качества обработки. Для этого
необходимо, чтобы скорость съема металла при обработке
изделия изменялась не только в функции припуска, но
и в зависимости от диаметра шлифовального круга. Наи-
большее значение отжатия упругой системы возникает
при минимальном диаметре шлифовального круга.
Анализ зависимостей усилий и мощности резания,
скорости износа круга, скорости поперечной подачи и
упругой деформации при шлифовании от диаметра шли-
фовального круга показывает, что при регулировании
подачи, линейно-уменьшающейся по мере уменьшения диа-
метра шлифовального круга, процесс шлифования проис-
ходит стабильнее и упругие деформации поддерживаются
на допустимом уровне. При таком условии съема припуска
обрабатываемой детали при изменении диаметра шлифо-
вального круга значительно повышается производитель-
ность станка. При этом скорость резания должна поддер-
живаться постоянной на максимально допустимом уровне.
Оптимизация процессов шлифования и использование
экономических критериев целесообразно при черновой
обработке деталей, т. е. на первом участке цикла, когда
снимается примерно 70—80 % припуска.
Рассмотрим в качестве примера некоторую структурную
схему адаптивного управления поперечной подачи внутри-
шлифовальных станков (рис. 13.26). В этой схеме реали-
зуется связь между предельно допустимым усилием подачи
и текущим значением припуска при изменяющемся диа-
546
метре шлифовального круга, т. е. алгоритм управления
/у. = f (s, б), где /у, — усилие поперечной подачи; s —
текущее значение припуска; б — относительное изменение
диаметра шлифовального круга.
В качестве выходной величины принято усилие по-
дачи Fy, которое воспринимается соответствующим дат-
чиком ДРУ, встраиваемым в неподвижную опору станка;
другим источником сигнала, фиксирующим текущее зна-
чение припуска s, является индуктивный датчик ДП.
На станке выполняется контроль текущего значения диа-
метра шлифовального круга датчиком ДДШД. Выходные
сигналы указанных выше датчиков подаются на програм-
мирующее устройство ПУ, на выходе которого возникает
сигнал напряжения Un = f (s, б).
Рис. 13.26. Структурная схема адаптивной системы автоматического
управления внутришлифовального станка.
Обратная отрицательная связь осуществляется по уси-
лию Fy. Сигнал рассогласования через усилитель УО
подается на управляемый тиристорный преобразователь ТП,
от которого питается двигатель механизма поперечной
подачи МП. Этот двигатель приводит в движение меха-
низм подачи МПП, связанный с шлифовальным кругом,
при этом развивается оптимальное усилие шлифования
с последующей его стабилизацией и стабилизацией упру-
гих деформаций системы СПИД.
Датчиком измерения диаметра шлифовального круга
может служить бесконтактный сельсин, соединенный через
реечную передачу и редуктор с салазками шлифовальной
бабки. Выходное напряжение сельсина, пропорциональное
диаметру шлифовального круга, выпрямляется и подается
в устройство адаптации.
В рассмотренной системе автоматического управления
производится отработка требуемого алгоритма управления
18*
547
поперечной подачей шлифовального круга, и по сравнению
со станками, имеющими обычные (не адаптивные) системы
управления, достигается повышение производительности
примерно на 30 % с соблюдением той же точности обра-
ботки деталей.
ГЛАВА ЧЕТЫРНАДЦАТАЯ
КОМПЛЕКСНАЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ ЭЛЕК-
ТРОПРИВОДОВ
14.1.	Общие положения
Рассмотренные выше системы автоматизированного
электропривода, как отмечалось, представляют собой электромеханиче-
скую систему, состоящую из ряда устройств, предназначенных для
приведения в движение исполнительных органов рабочих машин и уп-
равления этим движением. В большинстве случаев в этих устройствах
автоматизация управления ограничивается связями в пределах системы
электропривода данного производственного механизма.
Для сокращения времени на вспомогательные операции и повыше-
ния тем самым производительности труда часто приходится отдельные
производственные машины с помощью средств автоматизации объеди-
нять в соответствующие комплексы.
В отличие от одиночной автоматизации, где управляемый электро-
привод не имеет электрических связей с другими приводами, в схемах
комплексной автоматизации в простейших случаях при помощи раз-
личных блокировок осуществляется электрическая связь между инди-
видуальными электроприводами, обеспечивающая определенную по-
следовательность операций. В более сложных системах применяются
различные электрические устройства, приборы и аппараты, в том числе
ЭВМ, с помощью которых автоматически избираются оптимальные
режимы работы производственных механизмов.
Комплексная автоматизация производственных механизмов нахо-
дит себе применение в самых разнообразных отраслях промышленности.
Существуют, например, автоматизированные хлебозаводы, где рука
человека совершенно не прикасается к продуктам и работа произво-
дится автоматически с помощью различных механизмов. Примерами
комплексной автоматизации являются также системы управления
бумагоделательных агрегатов, металлургических прокатных станов
и др., где требуется управление сложными технологическими процес-
сами. В машиностроительной промышленности для крупносерийного
и массового производства получают все большее применение автомати-
ческие линии станков (рис. 14.1 и 14.2), значительно увеличивающие
производительность цехов. В настоящее время автоматические линии
можно встретить на многих металлообрабатывающих заводах.
Экспериментальный научно-исследовательский институт металло-
режущих станков (ЭНИМС) совместно с работниками опытного завода
«Стаикоконструкция» сконструировал и построил первый в нашей стране
автоматический завод для изготовления автомобильных поршней. Не
548
только основные, но и подсобные операции, начиная с загрузки сырья
в электропечь и кончая упаковкой готовой продукции, выполняются
на этом заводе автоматически.
Производительность труда на подобных заводах многократно воз-
растает по сравнению с обычными ныне действующими заводами, а роль
рабочего совершенно изменяется. Рабочий автоматического завода
становится командиром целой группы машин, таким образом, создаются
новые предпосылки для стирания существенных различий между умст-
венным и физическим трудом.
Приведенные примеры показывают, что развитие техники автома-
тического управления ведет к коренным изменениям технологии произ-
водственных процессов, к такому совершенствованию организации
труда, в котором уже видны черты техники коммунистического общества,
Рис. 14.1. Автоматическая линия станков для обработки блоков трак-
торного двигателя.
Именно этим объясняется то особое внимание к вопросам комплекс-
ной механизации и автоматизации производственных процессов, кото-
рое уделяют им партия и правительство.
Автоматизация приводит к созданию новых конструкций машин,
к повой компоновке их в высокопроизводительные автоматические аг-
регаты. Все это создает предпосылки для полной и широкой автомати-
зации в недалеком будущем различных технологических процессов,
отдельных цехов и даже целых предприятий.
При осуществлении схем комплексной автоматизации электропри-
водов применяются различные средства автоматизации. Во многих
случаях удается решить вопрос с помощью релейно-контактных или
иных простейших аппаратов, как, например, телефонных реле, шаговых
54 Э

Рис, 14,2, Автоматическая линия станков для обработки блоков двигателя грузового 'автомобиля,
искателей и других компактных устройств сигнализации и связи. По-
добные решения мы находим в схемах комплексной автоматизации ме-
таллообрабатывающих станочных линий, различных поточно-транспорт-
ных систем и в других комплексных устройствах.
В ряде случаев приходится прибегать к специальным датчикам,
контактным или бесконтактным (с применением фотореле, индукцион-
ных, емкостных и других датчиков), как это наблюдается в некоторых
устройствах автоматизации прокатных станов.
Однако во многих случаях приходится применять иные принципы
автоматического управления механизмами и производственными про-
цессами, требующие быстрой обработки поступающей обширной инфор-
мации. Повышение требований к точности и быстроте протекания про-
цессов в этих случаях приводит к тому, что человек оказывается не
в состоянии следить за машинами и процессами и управлять ими. Здесь
на помощь приходят УВМ, перерабатывающие информацию и осущест-
вляющие сложные функции управления. Применение УВМ в ближай-
шем будущем позволит значительно интенсифицировать различные
производства, например доменное, мартеновское, химическое и др,
14.2.	Автоматические станочные линии
Затрата вспомогательного времени при обработке дета-
лей сложной конфигурации с большим числом операций достигает при
работе на металлообрабатывающих станках общего назначения или спе-
циальных агрегатных станках относительно больших значений (до 40—
60 % общего времени обработки). Установка детали, ее зажим и от-
жатие, операции по пуску и остановке станка, снятие обработанной
детали и транспортировка ее на другой станок снижают в целом произ-
водительность оборудования.
Создание автоматически?: линий станков, в которых обработка дета-
лей производится многими инструментами, позволяет значительно по-
высить эффективность оборудования за счет сокращения в среднем
вдвое вспомогательного времени, повышения производительности труда
в 2—10 раз по сравнению с обработкой изделий на универсальных стан-
ках. В этом случае уменьшается число рабочих в несколько раз (до 10
и более) и сокращается в 1,5—2 раза произво ственная площадь.
Станки, из которых комплектуется линия, представляют собой по-
луавтоматы, располагаемые по одной линии и автоматически между
собой связанные транспортными и зажимными устройствами. Здесь без
участия рабочего производятся транспортировка обрабатываемых де-
талей с одной рабочей позиции, где она была ранее обработана, на сле-
дующую, их фиксация и зажим, автоматический быстрый подвод режу-
щих инструментов к месту обработки, затем обработка деталей и после
окончания ее быстрый отвод режущих инструментов в исходное поло-
жение.
Задача рабочего состоит в том, что он должен установить на загру-
зочной позиции новую деталь, предназначенную для обработки, а также
на разгрузочной позиции, в конце линии, снять обработанную деталь.
По способу осуществления транспортных, задающих и управляю-
щих устройств различают автоматические линии с жесткими и гибкими
транспортными связями. Жесткие транспортные связи используются
на линиях для обработки корпусных деталей, а гибкие транспортные
связи чаще всего для обработки тел вращения (колец шарико- и ролико-
подшипников, клапанов поршневых двигателещ болтов и т, д.).
551
Схематическое изображение линии с жесткими транспортными свя-
зями показано на рис. 14.2. Здесь транспортер пронизывает всю линию,
состоящую обычно из агрегатных станков, расположенных по обе
стороны обрабатываемых деталей. Перемещение всех деталей, находя-
щихся в обработке, осуществляется одним транспортером с точно уста-
новленным тактом, т. е. шагом и временем между шагами. Транспортер
совершает шаговое поступательное движение либо возвратно-поступа-
тельное движение. Длина шага определяет расстояние между пози-
циями, которое должно быть строго одинаковым.
Транспортер	Вперед	У/				
	Назад				%	
Отэюалпав						
Рас(раксам,и.я						
Факсщая						
Зажам				1		
Подвод садовых головок а обработка,					шш	
Возврат садовых головок							
Рис. 14.3. Циклограмма работы механизмов автоматической линии
станков.
Часто требования технологического процесса приводят к необхо-
димости включения в линию большого количества станков, управле-
ние которыми сильно усложняется, поэтому в таких случаях автома-
тические линии разделяются на отдельные участки. Каждый из участ-
ков имеет свой транспортер, свои фиксирующие и зажимные устрой-
ства. Количество участков определяется технологическим процессом,
например, границей двух участков может быть переход от обработки
одной плоскости детали к другой.
Между отдельными станками линии, транспортирующими и за-
жимными устройствами осуществляются определенные блокировки,
обусловленные технологическим процессом. Наиболее гибкой связью
является электрическая, обладающая компактностью, возможностью
ее расположения в любом месте благодаря дистанционному управлению,
легкостью замены аппаратов и др. В связи с большим количеством ап-
паратов и сложностью системы управления обеспечение высокой надеж-
ности работы линий является первостепенным требованием.
Необходимая связь между отдельными механизмами линии и соот-
ветствующие им основные блокировки осуществляются чаще всего конт-
ролем исполнения команд в функции пути, что является наиболее надеж-
ным. Вспомогательные команды могут контролироваться в функции
времени и усилия.
На рис. 14.3 показана циклограмма работы отдельных механизмов
линии в автоматическом режиме. По циклограмме можно проследить
определенную очередность их Действия, обусловленную технологиче-
S52
ским процессом. Исходное состояние линии характеризуется нахожде-
нием всех механизмов на исходных позициях и отжатым расфиксиро-
ванным состоянием деталей.
Вначале дается сигнал на включение привода транспортера вперед,
который осуществляет перемещение детален на последующие позиции,
при этом новая деталь перемещается с загрузочной на первую рабочую
позицию, а полностью обработанная деталь (на данном участке линии)
выдается с последней позиции па разгрузочную. После перемещения всех
деталей происходят их фиксация (введение в обрабатываемые детали
фиксирующих шпилек, строго устанавливающих детали на рабочих
позициях) и зажим. По окончании этих операций дается сигнал на
движение транспортера назад вхолостую и на быстрое перемещение
силовых головок с режущим инструментом к обрабатываемым деталям
с последующим автоматическим переключением движения каждой го-
ловки на рабочую подачу, после чего начинается процесс обработки.
По окончании обработки каждая головка независимо от остальных
быстро отводится в исходное положение. После возврата всех силовых
головок в исходное положение производятся расфиксация и отжатие
всех деталей, и цикл работы линии повторяется.
Если устанавливается автоматический режим работы линии, то
рассмотренный цикл непрерывно повторяется, следуя один за другим,
до тех пор, пока не будет дана команда на остановку линии нажатием
кнопки Предварительный стоп. Нажатие на эту кнопку может быть
произведено в любой момент работы линии, при этом система управле-
ния автоматически должна довести работу линии до положения отжима
деталей. Возможен также и полуавтоматический режим работы линии,
когда она, например, осваивается и рабочий еще не успевает за рит-
мом, заданным автоматическим режимом. В этом случае совершается
только один цикл, и для осуществления последующего необходимо каж-
дый раз нажимать кнопку Пуск.
В системе управления должны быть предусмотрены следующие
блокировки, обусловленные технологическим процессом:
1.	Пуск транспортера и перемещение обрабатываемых деталей
возможны, если все силовые головки линии находятся в исходном по-
ложении, все детали отжаты и фиксирующие шпильки выведены.
2.	Зажим деталей производится в том случае, когда закончилось
перемещение с позиции на позицию и все головки находятся в ис-
ходном положении.
3.	Перемещение головок вперед осуществляется при полном вве-
дении в детали фиксирующих шпилек и зажиме деталей, контролируе-
мом в функции усилия.
4.	Отжатие деталей производится тогда, когда все головки выпол-
нили свои рабочие операции и пришли в исходное положение.
Транспортер приводится в действие от индивидуального электро-
или гидропривода. При перемещении деталей важно, чтобы скорость
перемещения плавно возрастала до своего максимума, а в конце пере-
мещения плавно снижалась до 0. Последнее необходимо для обеспече-
ния точной остановки.
Транспортер с гидроприводом обеспечивает точную установку де-
тали на рабочей позиции, что достигается применением режима работы
гидропривода на жесткий упор. После зажима деталей транспортер
возвращается в исходное положение.
При использовании нереверсивного асинхронного двигателя с ко-
роткозамкнутым ротором в электроприводе транспортера последнему
сообщается возвратно-поступательное движение при помощи кулис-
553
пого механизма. Электропривод транспортера проще и дешевле гидро-
привода, но обладает меньшей точностью. Кроме того, перемещение
транспортера назад этот привод осуществляет во время фиксации и
зажима деталей, что может привести к их смещению на рабочих пози-
циях. Поэтому он применяется только в линиях с малым количеством
позиций и малым шагом.
Управление каждой силовой головкой производится конечными
выключателями.
Зажим и отжатие деталей также контролируются своими конеч-
ными выключателями, расположенными на каждой позиции. Если за-
жим гидравлический, то окончание зажима обычно фиксируется по-
средством реле давления.
К достоинствам линий с жесткой транспортной связью можно от-
нести сравнительно короткое время прохождения обрабатываемого
изделия с позиции на позицию; недостатком же является то, что при
неисправности любого из устройств прекращается работа всей липин.
14.3.	Узел схемы управления автоматиче-
ской линией станков
Для уяснения действия основных блокировочных свя-
зей в схемах управления участком автоматической линии с жесткой
транспортной связью рассмотрим упрощенную схему управления тран-
спортером с электрическим приводом и кулисным механизмом (рис. 14.4).
Кулисный механизм используется здесь для реверсирования транс-
портера и обеспечения соответствующего графика скорости и ускорения
транспортируемых деталей с одной позиции на другую. В соответст-
вии со схемой, изображенной на рис. 14.4, двигатель транспортера М
включается контактором К.
Назначение конечных выключателей следующее:
ВКД — конечный выключатель, фиксирующий исходное положе-
ние силовых головок; для упрощения схемы он условно показывает
контакты конечных выключателей всех силовых головок. В исходном
положении головок его контакты оказываются в нажатом состоянии;
ВЦТ1 — конечный выключатель, находящийся в нажатом состоя-
нии в исходном положении транспортера (перед началом его движения
вперед);
В КТ 2 — конечный выключатель, фиксирующий окончание хода
транспортера вперед;
ВКО — конечный выключатель, условно показывающий все вы-
ключатели, контролирующие отжатие всех обрабатываемых деталей.
Когда детали отжаты, контакты этого выключателя находятся в нажа-
том состоянии;
ВК2 — выключатель, контролирующий конец обработки деталей
на всех станках (условно показан только один выключатель, в дейст-
вительности их столько, сколько силовых головок на линии);
ВКЗ — конечный выключатель, условно показывающий все вы-
ключатели, нажатые при правильном положении деталей;
РД — реле давления, контролирующее окончание зажатия дета-
лей, когда его контакт закрывается.
В представленной схеме с помощью переключателя В избирается
автоматический или полуавтоматический режим работы линии.
Для обеспечения автоматического режима работы контакты В
должны находиться в таком состоянии, как это показано на схеме
554
т. e. контакт, показанный в верхней части схемы, разомкнут, а внизу_
замкнут.
После нажатия на кнопку /(«. предвар. пуск включается промежу-
точное реле РП1, и если все силовые головки будут в исходном поло-
жении, что контролируется замыканием ВЦ1, и все обрабатываемые
детали отжаты (выключатель ВК.0 замкнут), то срабатывает контактор К
через замкнутые контакты РПС (кнопка /(«. разреш. пуска линии была
нажата), РП1, В ЦО, ВЦ1, РПЗ, и двигатель М присоединяется к сети,
Ун. предвар. цы
Узел соленоида подвода головы
Узел предварит, стоп
Ун. предвар, стоп
СПс | кн. разреил.
пуска мина
Рис. 14.4. Схема управления транспортером автоматической линии
станков.
При движении транспортера вперед контакт выключателя ВЦТ1
освобождается, его размыкающий контакт замкнется, подготовив пи-
тание катушки контактора К, когда включится реле РПЗ.
По окончании хода транспортера вперед замкнется контакт вы-
ключателя ВЦТ2, и включится реле РПЗ, замыкающие контакты ко-
торого шунтируют ВК.Т2 и включают электромагнит зажима Эм.З,
если детали заняли правильное положение (зафиксированы) и закрылся
замыкающий контакт ВК.З. Двигатель продолжает работать, вращаясь
в том же направлении, а транспортер благодаря действию'кулисного
555
механизма начнет перемещаться назад. По возвращении в исходное
положение транспортер остановится, так как разомкнется контактВК.Т 1,
а размыкающие контакты РПЗ разомкнуты. После окончания зажима
обрабатываемых изделий начнется движение силовых головок из ис-
ходных положений (BKJ и ВКО разомкнутся), так как после замыка-
ния контакта реле давления РД включится реле РП5 и получит пита-
ние электромагнит ЭмВ хода силовых головок вперед.
По окончании процесса обработки изделий от упоров, находя-
щихся на силовых головках, нажимается выключатель ВК2, и замы-
кается цепь катушки реле РП4 (размыкающий контакт РПЗ замкнут,
так как катушка реле РПЗ потеряла питание одновременно с катушкой
контактора Н в момент нажатия ВКТ1).
После возвращения головок в исходное положение включается
контакт ВК1, получает питание электромагнит отжима ЭмО н проис-
ходит отжатие всех изделий. Вновь включается контакт ВНО, катушка
контактора Н автоматически получает питание (без воздействия на
кнопку Кн. предв, пуск) через контакты РПС, РП4, В, ВН1 и В НО,
и цикл работы автоматически повторится.
Полуавтоматический режим можно получить, если предварительно
переключатель В повернуть в другое положение, при котором разомк-
нутый на схеме контакт замкнется, а замкнутый — разомкнется. После
этого нажимается кнопка Ни. предв. пуск, включаются реле РП1 и
РП2, и транспортер, как и в предыдущем случае, пускается в ход.
В конце хода транспортера вперед включится реле РПЗ, что приведет
к отключению реле'РП2. Схема управления двигателем транспортера
работает так же, как и в автоматическом режиме, с тем, однако, отли-
чием, что по возвращении транспортера в исходное положение и окон-
чании одного цикла работа линии не возобновится до тех пор, пока
оператор не нажмет на кнопку Кн. предв. пуск. Нажать эту кнопку
оп может и во время цикла после возвращения транспортера в исход-
ное положение; в этом случае команду запомнит реле РП2, и следующий
цикл автоматически повторится.
Для рабочей остановки линии после возвращения транспортера
в исходное положение нажимается кнопка Нн. предв. стоп, включается
реле РПС, размыкая свой размыкающий контакт и запрещая тем самым
пуск линии после ее остановки по окончании цикла. Пуск линии воз-
можен только после нажатия кнопки Нн- разреш. пуска линии.
В качестве основного двигателя в автоматических линиях станков
используется асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
в сочетании с гидравлическими устройствами.
Для цепей управления применяются различные реле, контакторы,
путевые выключатели, комапдоаппараты. Их число возрастает по мере
усложнения обработки деталей и с увеличением числа станков в линии.
Это снижает надежность линий, повышение которой является одной
из главных задач. Именно поэтому внимание конструкторов современ-
ных линий станков сосредоточивается на возможном сокращении коли-
чества применяемых аппаратов управления, а также использовании
компактных слаботочных аппаратов, бесконтактных узлов управления,
в частности программируемых командоконтроллеров.
В отличие от автоматических линий с жесткими транспортными свя-
зями существуют автоматические линии с гибкими транспортными свя-
зями, в которых в качестве транспортных устройств используются
различные наклонные лотки, вибрационные, цепные, рольганговые тран-
спортеры и пр. Причем все эти транспортные устройства часто выпол-
няют роль межоперационных накопителей — бункеров.
556
В таких линиях работа каждого станка и транспортных устройств
не зависит от положения или состояния соседнего станка. Это позволяет
управлять станками автономно и производить автоматическое управ-
ление ими только в зависимости от наличия деталей на загрузочной
позиции. Автономное управление каждым станком упрощает его об-
служивание, повышает надежность и производительность линии в це-
лом и уменьшает количество электрических блокировок между агре-
гатами .
Схема небольшой линии, состоящей из трех станков с гибкой тран-
спортной связью, показана на рис. 14.5. В ней должны быть соблюдены
следующие взаимосвязи:
1)	станок 3 должен останавливаться при заполнении бункера 2
и неработающем транспортере 6 или при неработающем устройстве
1 для подачи обрабатываемых изделий;
Рис. 14.5. Схема автоматической линии станков с гибкой транспортной
связью.
/ — бункер и элеватор для подъема обрабатываемых изделий; 2,8 — бункера*
накопители; 3— 5 — станки; 6, 7 — транспортные устройства.
2)	при неработающем станке 4 транспортер 6 должен останавли-
ваться при заполнении бункера 2;
3)	станок 4 должен останавливаться прн отсутствии обрабатывае-
мых деталей в бункере 2.
На участке между станками 4 и 5, связанными транспортером 7
и бункером 8, должны выполняться следующие взаимосвязи:
1)	станок 5 должен останавливаться при отсутствии деталей в бун-
кере S;
2)	при неработающем станке 5 транспортер 7 работает до полного
заполнения бункера 8, затем автоматически отключается;
3)	бункер 8 заполняется при неработающем станке 5, работающем
станке 4 и транспортере 7;
4)	бункер 8 опорожняется при работающем станке 5 и неработаю-
щих станке 4 и транспортере 7;
5)	станок 4 останавливается при наполненном бункере 8 и нера-
ботающем транспортере 7.
14.4.	Комплексная автоматизация поточно-
транспортных систем
В целях осуществления комплексной автоматизации
некоторых производственных цехов применяется метод диспетчерского
управления механизмами на расстоянии, который заключается в цент-
557
ралнзации управления и реализуется: для небольших поточно-тран-
спортных систем (ПТС) из 5—20 механизмов с помощью обычной силь-
ноточной аппаратуры управления; для больших поточно-транспортных
систем из 50—1000 механизмов — маломощными средствами автоматики,
техники сигнализации и связи.
Управление электроприводами достигается здесь с помощью стан-
дартных телефонных реле, ключей, кнопок и шаговых искателей. Теле-
механические устройства и схемы применяются уже в ряде случаев для
управления электроприводами сложных ПТС агломерационных и обо-
гатительных фабрик, элеваторов, цементных заводов и т. п. Их исполь-
зование возможно также для централизованного управления механиз-
мами химических цехов, электростанций, предприятий конвейерного
производства железобетонных изделий, а также для управления объек-
тами прокатного производства.
Основным средством автоматизации, применяемым в ПТС, являются
блокировки, осуществляющие между электроприводами взаимную
связь, соответствующую технологическому процес-
I----,	су. Блокировки обеспечивают определенный поря-
I 5 I	|	док пуска и остановки отдельных двигателей.
Ч )	|	Кроме того, на всю установку имеется централизо-
|	|	ванное управление, общее для всех механизмов
z-Ч	|	данной ПТС.
Uy	I	При	комплексной автоматизации избирапие
Т	I	рабочего	участка, включение и отключение его
/-Ч	I	механизмов осуществляются указанным централи-
зму	I	зованным устройством. Процесс пуска или оста-
Т	I	новки механизмов состоит из трех основных опе-
I	раций: подготовительной, избирания и исполни-
I	тельной.
Рис. 14.6. Схема технологического участка ПТС,
Первая из этих операций необходима для подготовки к действию
цепей управления. Операцией избирания выбирается участок и подго-
тавливаются к включению цепи механизмов, избранных для работы.
И, наконец, исполнительная операция осуществляет пуск или оста-
новку участка.
На рис. 14.6 приведена схема технологического участка ПТС,
который состоит из следующих элементов: 1, 5 — бункера; 2,3 — кон-
вейеры; 4 — питатель. Сплошной линией показана последовательность
прохождения материалов на участке, а штриховой линией — последо-
вательность пуска механизмов. Блокировочные связи между отдель-
ными электроприводами выполняются в режимах автоматического и
местного управления. В случае наладочного режима (ручного управле-
ния) блокировки не обязательны.
Для пуска участка достаточно включить электродвигатель меха-
низма, расположенного последним по потоку материала; это приведет
к автоматическому включению всех предшествующих механизмов этого
участка. Блокировочные связи'электроприводов обеспечивают необхо-
димую последовательность пуска механизмов, соответствующую тех-
нологическому потоку материала. Делается это во избежание завала
транспортируемым материалом отдельных механизмов. В этих же це-
558
лях блокировки приводят К отключению двигателей всех предшествую-
щих по потоку механизмов при остановке любого механизма.
Схема управления участком ПТС, а также соответствующие ей
схемы включения электроприводов показаны соответственно на рис. 14.7
Рис. 14.7, Узел схемы управления участком ПТС,
и 14.8. Схема на рис. 14.7 предусматривает различные режимы работы,
которые избираются переключателем К.У. В положении А обеспе'и-
вается централизованное автоматическое включение. Кроме того, воз-
можно местное управление — сблокированное М и ручное Р,
559
Рис. 14.8. Схема управления электроприводами участка ПТС.
56 Э
,3
В нулевом положении /(У все механизмы участка выключены.
Нажатием кнопки КнПУ при предварительной установке КУ в поло-
жение А включается реле времени РВ, а затем промежуточное сигналь-
ное реле РПС. Контакты этого реле включают сигнальные звонки Зв1,
Зв2, предупреждающие о предстоящем пуске участка. Затем с выдерж-
кой времени замыкается контакт РВ и включается реле включения
участка РВУ, которое в свою очередь включает промежуточное пуско-
вое реле РПП.
Контакт этого реле включает через замкнутый контакт РВУ ка-
тушку линейного контактора КЛ1 (рис. 14.8); при этом пускается пер-
вый двигатель участка. Вспомогательный контакт КЛ1 замыкает цепь
промежуточного реле РП 1, которое своим контактом через замкнутый
контакт РВУ включает цепь управления для пуска второго двига-
теля.
Пуск последующих двигателей осуществляется аналогично. Вклю-
чением последнего двигателя заканчивается пуск механизмов участка.
При этом отключаются все реле системы управления, кроме РПП
(рис. 14,7), в связи с включением промежуточного реле РПп (рис. 14.8).
Одновременно прекращается звуковая сигнализация.
Для отключения двигателей участка необходимо нажать кнопку
КнСУ', РПП теряет питание, отключается первый двигатель, затем
поочередно и все остальные (рис. 14.7 и 14.8). Последний двигатель
отключается за счет отключения контактора КЛ (п — 1) предпоследнего
двигателя (не показанного на схеме).
Для выполнения режима местного сблокированного управления
переключатель КУ предварительно устанавливается в положение Л4
4* (рис. 14.7 и 14.8). Нажатием кнопки КнП1 включается первый двига-
тель. Местный пуск второго и последующих двигателей возможен
только при работающем предыдущем. Независимое местное управление
каждым двигателем возможно при переводе КУ в положение Р. В этом
случае реле местного управления РМУ включает свои контакты в це-
пях управления всех двигателей.
Аварийная остановка любого из двигателей при положении А
переключателя КУ приведет к отключению всех последующих двига-
телей, в том числе и последнего. В этом случае отключится РПп, и
окажется замкнутой цепь аварийной сигнализации ЗвЗ. Для снятия
звуковой аварийной сигнализации необходимо нажать на кнопку КнОЗ,
при этом срабатывает реле звуковой сигнализации и отключает зво-
нок ЗвЗ.
Схема предусматривает также световую сигнализацию, контроли-
рующую работу всех двигателей участка. Нажатием кнопки КнОС
можно снять световую сигнализацию, а при необходимости проверки
работающих двигателей можно восстановить ее воздействием на кнопку
КнВС (рис. 14.7).
Схемы с использованием сильноточной аппаратуры применимы
для участков ПТС с ограниченным числом механизмов. В системах
управления с большим числом механизмов целесообразно использовать
слаботочную аппаратуру, а также бесконтактные аппараты для повы-
шения надежности работы этих систем, создания более компактных
блоков управления и сигнализации а также сокращения площади,
занимаемой ими,
561
14,5.	Комплексная автоматизация домен*
ной печи
В черной металлургии СССР свыше 90 % всего чугуна
выплавляется в крупных высокопроизводительных доменных печах,
оснащенных рядом устройств автоматического контроля и регулиро-
вания.
Одним из наиболее автоматизированных участков доменной печи
является система загрузки шихтовых материалов (агломерата, руды,
известняка, кокса). На подавляющем большинстве доменных печей
автоматически регулируются также температура, влажность, расход
и состав дутья (соотношение природного газа, воздуха и кислорода),
Рис. 14.9. Структурная схема системы комплексной автоматизации до-
менной печи.
давление газа под колошником. На некоторых печах автоматизированы
набор и взвешивание шихтовых материалов и работают автоматические
регуляторы распределения дутья по фурмам.
Наряду с автоматическими регуляторами доменная печь оснащена
также множеством контрольно-измерительных приборов, позволяющих
обслуживающему персоналу своевременно обнаружить нарушения ре-
жима (хода) печи и принять соответствующие меры к его восстановле-
нию.
Дальнейшим этапом развития автоматизации доменного процесса
является комплексная автоматизация доменной печи с применением
УВМ.
На рис. 14.9 показана система комплексного автоматического
управления доменной печью. Эта система имеет иерархическую, т. е.
состоящую из нескольких уровней управления, структуру. К первому
уровню относятся контрольно-измерительные приборы и автоматиче-
ские регуляторы. Второй уровень — это локальные управляющие вы-
числительные машины УВМ1 — УВМ4, выполняющие следующие функ-
ции (соответственно): шихтовку доменной плавки; распределение ших-
товых материалов по сечению колошника печи; обеспечение равномер-
562
ного и непрерывного схода шихтоиых материалов от колошника к горну
печи и управление тепловым режимом работы печи. Перечисленные
функции хотя и являются составными частями общего процесса упра-
вления доменной плавкой, тем не менее в известной степени незави-
симы одна от другой. Поэтому они могут быть реализованы при помощи
отдельных УВМ, объединенных в общую систему управления.
Ко второму уровню управления относится также машина центра-
лизованного контроля МЦК. Эта машина принимает в аналоговой форме
сигналы от датчиков контрольно-измерительных приборов, преобразует
эти сигналы из аналоговой формы в цифровую, выполняет над ними
операции масштабирования, линеаризации, сглаживания и т. п. и
выдает их на цифровые индикаторы, печатающие устройства, на пер-
фораторы и в УВМ.
И, наконец, к третьему, самому высокому уровню относится цент-
ральная управляющая вычислительная машина УВМ5, координирую-
щая работу локальных УВМ и оптимизирующая процесс управления
доменной печью.
Выделение машины централизованного контроля, локальных и цент-
ральной УВМ в самостоятельные конструктивные узлы в известной
степени условно, поскольку одна современная ЭВМ может выполнять
одновременно все функции названных машин.
Автоматическое управление шихтовкой доменной плавки при по-
мощи УВМ1 имеет своей целью получение заданного состава чугуна и
требуемого состояния шлака путем более точной дозировки компонен-
тов шихты с учетом их химического состава и физических свойств.
Машина УВМ1 рассчитывает программу шихтовки на основании инфор-
мации о составе шихтовых материалов и продуктов плавки (чугуна,
шлака). При расчете учитываются также влажность кокса и вынос ко-
лошниковой пыли. В соответствии с рассчитанной программой ших-
товки У В Ml выдает управляющие воздействия в системы взвешива-
ния и дозирования шихтовых материалов, которые транспортируются
затем к скипам и загружаются в печь по программе, заданной системой
загрузки.
Автоматическое управление распределением шихтовых материалов
по сечению колошника доменной печи при помощи УВМ2 преследует
своей целью более равномерное распределение газового потока по се-
чению колошника, что в свою очередь способствует повышению произ-
водительности печи и сокращению расхода топлива. Машина УВМ2
получает информацию о температуре и составе газа по сечению колош-
ника и в газоотводах, а. также информацию о расходе и составе дутья
через каждую фурму доменной печи и выдает на основании этой инфор-
мации управляющие воздействия в системы программного управления
вращающимся распределителем шихты и автоматического командо-
контроллера подач.
Автоматическое управление сходом шихтовых материалов при
помощи УВМЗ обеспечивает ровный ход доменной печи при ее макси-
мальной производительности. На основании информации о скорости
схода шихтовых материалов и перепаде давления по высоте доменной
печи УВМЗ непрерывно устанавливает расход дутья таким образом,
чтобы производительность печи была максимальной.
Автоматическое управление тепловым состоянием доменной печи
при помощи УВМ4 производится на основании информации о темпе-
ратуре и составе колошникового газа, о температуре в шахте и в фур-
менной зоне печи, о перепаде давления по высоте печи и о температуре
и составе чугуна и шлака на выпусках. Машина УВМ4 изменяет соот-
563
ношение между рудой и коксом и задания (уставки) автоматическим
регуляторам температуры влажности и состава дутья.
Локальные УВМ объединяются в единую автоматическую систему
при помощи УВМ5, которая осуществляет координацию их работы и
оптимизацию процесса управления. В качестве критерия оптималь-
ности могут быть приняты производительность печи, расход кокса,
себестоимость чугуна и др.
14.6.	Автоматическое управление распреде-
лением газового потока по сечению
доменной печи
Ровная и производительная работа доменной печи с низ-
ким расходом кокса определяется в значительной мере степенью исполь-
зования тепловой и химической энергии газа. Одним из средств для
обеспечения наиболее полного использования энергии газа является
равномерное распределение его по сечению колошника доменной печи.
Последнее может быть достигнуто соответствующим распределением
шихтовых материалов по окружности колошника. В рассмотренной
выше системе комплексной автоматизации доменной печи этим рас-
пределением управляет УВМ2 (рис. 14.9).
О распределении газового потока по окружности колошника можно
судить по температуре газа над уровнем засыпки. Чем выше темпера-
тура газа, тем большее количество его проходит через контролируемый
участок, и, наоборот, при снижении температуры поток газа умень-
шается. Повышение температуры газа относительно среднего по окруж-
ности значения свидетельствует об увеличении газопроницаемости
столба шихтовых материалов в контролируемом участке (об образова-
нии в нем каналов) и требует, как правило, дополнительной загрузки
на этот участок рудных материалов. Наоборот, понижение температуры
газа характеризует уменьшение в контролируемом участке газопрони-
цаемости (образование в нем уплотнений) и требует дополнительной
загрузки на'этот участок коксовых материалов.
При нарушении равномерности распределения газового потока по
окружности колошника изменяютсятакжетемпература и содержапиеСО3
в газоотводах. Повышение температуры газа в газоотводе и одновре-
менное уменьшение в нем содержания СО2 свидетельствуют о повыше-
нии газопроницаемости шихты в соответствующем квадранте печи.
И, наоборот, при уменьшении газопроницаемости шихты в каком-либо
квадранте температура газа в соответствующем газоотводе уменьшается,
а содержание в нем СО2 увеличивается.
Нарушение равномерности распределения газового потока по ок-
ружности колошника отражается также на распределении дутья по
фурмам (в том случае, конечно, если это распределение не регулируется
автоматически). Так, при повышении газопроницаемости шихты в ка-
ком-либо секторе печи расход дутья через фурму, расположенную в этом
секторе, увеличивается, а при снижении — уменьшается.
Таким образом, измеряя температуру газа над уровнем засыпки,
температуру и содержание СО2 в газоотводах и расход дутья по фурмам
и изменяя соответствующим образом распределение шихтовых мате-
риалов посредством вращающегося распределителя шихты (ВРШ),
можно регулировать распределение газового потока по окружности
колошника.
564
Рассмотрим один из вариантов управления этим распределением
газового потока посредством УВМ, воздействующей на ВРШ. Опреде-
ление нарушения распределения газового потока по окружности ко-
лошника производится УВМ в два этапа.
На первом этапе измеряются температура и содержание СО2 в ка-
ждом из четырех газоотводов печи. Результаты измерений сравни-
ваются со средним по газоотводам значением и на основании получен-
ных разностей выявляются квадранты печи с нарушенной газопрони-
цаемостью.
На втором этапе измеряются температура газов над уровнем засыпки
и расход дутья по фурмам. Результаты измерений сравниваются со
средними по окружности печи значениями температуры газа и расхода
дутья по фурмам. Полученные разности используются для уточнения
сектора печи с нарушенной газопроницаемостью в пределах выявлен-
ного на первом этапе квадранта печи. Сектор считается надежно уста-
новленным, если характеры нарушений газопроницаемости в нем и
в квадранте печи не противоречат друг другу.
Рис. 14.10. Структурная схема системы управления распределением
газового потока по окружности колошника.
В зависимости от выявленной картины газораспределения по ок-
ружности колошника машина задает ВРШ одну из следующих четырех
программ работы:
1.	При равномерной газопроницаемости шихты по окружности
печи загрузка шихтовых материалов производится в порядке нормаль-
ной последовательности; при этом ВРШ поворачивается каждый раз
на угол, равный 20°.
2.	При появлении сектора только с повышенной газопроницаемо-
стью в него подаются руда и кокс.
3.	При появлении сектора только с пониженной газопроницаемо-
стью этот сектор при загрузке пропускается.
4.	При одновременном появлении секторов с повышенной и с по-
ниженной газопроницаемостью в первый подается руда, а во второй —
кокс.
Структурная схема системы управления распределением газового
потока по окружности колошника показана на рис. 14.10. Рассмотрим
работу системы на первом этапе. В качестве первичных датчиков тем-
пературы и содержания СО2 в газоотводах используются четыре тер-
565
моэлектрических термометра и четыре газоанализатора. Выходные сиг-
налы этих датчиков поступают в электронные потенциометры. В по-
следних имеются вторичные реостатные датчики. Снимаемые с этих
датчиков напряжения подаются в УВМ.
В блоках С аналого-цифровой УВМ, выполненных в виде сумма-
тора на резисторах, данные о температуре и содержании СО2 усред-
няются по газоотводам. Затем на входах чувствительных элементов ЧЭ,
имеющих релейную характеристику с зоной нечувствительности, про-
изводится сравнение данных о температуре и содержании СО2 в каждом
из четырех газоотводов с полученными ранее средними значениями.
Если разность превосходит зону нечувствительности, то на выходе
чувствительного элемента появляется сигнал +1 в том случае, когда
температура (или содержание СО2) превышает среднее значение, и —1
при значении этого параметра ниже среднего.
Доменная печь является очень сложным объектом управления.
Она подвержена сильному влиянию случайных возмущений. Поэтому
отклонение температуры в газоотводе от среднего значения принимается
за достоверное только в том случае, если оно подтверждается противо-
положным по знаку отклонением содержания СО2 и повторяется за-
данное число раз. Выполнение этих двух условий обеспечивается соот-
ветственно при помощи матрицы Ml, представляющей собой совокуп-
ность логических элементов И и накопителей И, в качестве которых
используются реверсивные цифровые счетчики (рис. 14.10). После
каждого опроса датчиков (измерения) в накопители добавляются +1,
0 или —1.
Если после n-го измерения выполняется одно из двух условий
п	п
xik"
1=1	i=l
где X; — текущий параметр, поступающий на вход накопителя и при-
нимающий значения +1; 0; —1; /тг1( т2 — целые положительные уставки
накопителя; k — номер накопителя, то характер отклонения темпера-
туры в газоотводе, а следовательно, и характер нарушения газопрони-
цаемости в квадранте печи считаются установленными и фиксируются
в запоминающем устройстве ЗУ1 (рис. 14.10).
Если по истечении максимально возможного в цикле числа измере-
ний /V выполняется условие
N
— m1k< 2 xik<m2k,
i = l
то нарушения газопроницаемости шихты по окружности печи отсут-
ствуют, что также фиксируется в запоминающем устройстве ЗУ1.
Рассмотрим теперь работу системы на втором этапе. Информация
на этом этапе поступает в УВМ от 18 термоэлектрических термометров,
расположенных над уровнем засыпки, и от 18 датчиков (трубок ВГИ)
расхода дутья по фурмам, причем термоэлектрические термометры рас-
положены на одних образующих с фурмами. Так же как и на первом
этапе, данные о температуре газа по окружности колошника и о расходе
дутья по фурмам усредняются в блоках С и сравниваются со средними
значениями на входах чувствительных элементов ЧЭ. При этом все
датчики температуры и датчики расхода дутья через коммутаторы,
выполненные на шаговых искателях (на рис. 14.10 не показаны), под-
ключаются к двум чувствительным элементам, Подключение датчиков J
566
начинается по сигналу от накопителей /7, т. е. в мемент, когда уста-
навливается характер нарушения газопроницаемости шихты по квад-
рантам печи.
Сигналы (+1; 0; —1) с выходов чувствительных элементов анали-
зируются при помощи матрицы М2, представляющей собой совокуп-
ность логических элементов ИЛИ. Нарушение газопроницаемости
шихты в секторе печи считается установленным, если хотя бы один из
датчиков (температуры газа или расхода дутья) покажет отклонение от
среднего значения. Поскольку па первом этапе нарушение равномер-
ности газопроницаемости шихты по квадрантам печи было установлено
достаточно надежно, то на втором этапе считается возможным устано-
вить нарушение газопроницаемости в секторе печи только на основании
одноразового измерения. Этим объясняется отсутствие накопителей
после матрицы М2.
После установления в секторе печи характера нарушения газопро-
ницаемости шихты при помощи матрицы М3, представляющей собой
совокупность логических элементов И, проверяется совпадение харак-
тера этого нарушения с характером нарушения в квадранте печи, вы-
явленным на первом этапе. При наличии совпадения в запоминающем
устройстве ЗУ2 фиксируется номер сектора печи и выдается команда
на изменение программы работы ВРШ. В противном случае программа
работы ВРШ остается без изменения.
Применение рассмотренной системы управления, все блоки кото-
рой, представленные на схеме рис. 14.10, входят в состав УВМ, позво-
ляет снизить расход кокса на 0,9 % и увеличить производительность
печи на 1,1%.
Массовое применение интегральных схем со средней и большой
степенью интеграции снизит стоимость, повысит надежность и расширит
возможности использования систем автоматического управления электро-
приводами, позволит шире применить системы цифрового управления.
Перспективным направлением в комплексных автоматизированных си-
стемах является применение микропроцессоров с программируемой па-
мятью, контролем и связью электропривода с технологическими про-
цессами, что дает возможность создать адаптивные самооптимизирую-
щпеся структуры управления,
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Андреев В. П., Сабинин Ю. А. Основы электропри-
вода. — М. — Л.: Госэнергоиздат, 1963. — 722 с.
2.	Аракелян А. К., Афанасьев А. А., Чиликин М. Г. Вентильный
электропривод с синхронным двигателем и зависимым инвертором. —
М.: Энергия, 1977. — 224 с.
3.	Башарин А. В., Голубев Ф. Н., Кепперман В. Г. Примеры рас-
четов автоматизированного электропривода. — Л.: Энергия, 1972. —
440 с.
4.	Ботвинник М. М., Шакарян Ю. Г. Управляемая машина пере-
менного тока. — М.: Наука, 1969. — 140 с.
5.	Булгаков А. А. Частотное управление асинхронными электро-
двигателями. — М.: Наука, 1966. — 300 с.
6.	Бутаев Ф. И., Эттингер Е. Л. Вентильный электропривод. —
М. — Л.: Госэнергоиздат, 1951. — 248 с.
.	7. Вершинин П. П., Хашпер Л. Я. Применение синхронных эле-
ктроприводов в металлургии. — М.: Металлургия, 1974. — 272 с.
8.	Гейлер Л. Б. Основы электропривода. — Минск: Высшейшая
школа, 1972. — 608 с.
9.	Глебов И. А., Логинов С. И. Система возбуждения и регули-
рования синхронных двигателей. —Л.: Энергия, 1972. — 113 с.
10.	Голован А. Т. Основы электропривода. М. — Л.: Госэнерго-
издаг, 1959. — 344 с.
И. Жемеров Г. Г. Тиристорные преобразователи частоты с непо-
средственной связью. — Энергия, 1977. — 280 с.
12.	Зимин Е. Н., Чувашов И. И. Автоматизированный электро-
привод и электрооборудование промышленных механизмов. Ч. I. —
М.: Стройиздат, 1977. — 431 с.	,
13.	Каганов И. Л. Электронные и ионные преобразователи, Ч. Ш.—
М. — Л.: Госэнергоиздат, 1956. — 528 с.
14.	Ключев В. И. Ограничение динамических нагрузок электро-
привода. — М.: Энергия, 1971. — 320 с.
15.	Копылов И. П. Электромеханические преобразователи энер-
гии. — М.: Энергия, 1973. — 400 с.
16.	Михеев Ю. Е., Сосонкин В. Л. Системы автоматического упра-
вления станками. — М.: Машиностроение, 1978. — 264 с.
17.	Михелькевич В. Н. Автоматическое управление шлифова-
нием. — М.: Машиностроение, 1975. — 304 с.
18.	Онищенко Г, Б. Асинхронный вентильный каскад. — ДЕ:
Энергия, 1967. — 153 с.
19.	Основы автоматизированного электропривода / М. Г. Чиликин,
М. М. Соколов, В. М. Терехов, А. В. Шинянский. — М.: Энергия,
1974. — 567 с.
20.	Петелин Д. П. Автоматическое управление синхронными элект-
роприводами. — М.: Энергия, 1968. — 193 с.
568
\
\
21.	Иванов-Смоленский А. В. Электрические машины. —Энер-
гия, 1980. — 928 с.
22.	Петров Г. Н. Электрические машины. Ч. I — М.: Энергия,
1974. — 240 с.; ч. II, 1963. — 416 с.; ч. III, 1968. — 224 с.
23.	Асинхронный электропривод с тиристорными коммутаторами /
Л. П. Петров, В. А. Ладензоп, М. П. Обуховский, Р. Г. Подзолов. —
М.: Энергия, 1970. — 128 с.
24.	Преображенский В. И. Полупроводниковые выпрямители. —
М.: Энергия, 1976. — 120 с.
25.	Ратмиров В. А. Основы программного управления станками. —
М.: Машиностроение, 1978. — 240 с.
26.	Розман Я. Б. Электропривод с магнитно-тиристорными пре-
образователями для станков. —М.: Машиностроение, 1976. — 184 с.
27.	Сандлер А. С. Электропривод и автоматизация металлорежу-
щих станков. — М.: Высшая школа, 1972. — 440 с.
28.	Сандлер А. С., Гусяцкий Ю. М. Тиристорные инверторы с ши-
ротно-импульсной модуляцией.—М.: Энергия, 1968. — 96 с.
29.	Сандлер А. С., Сарбатов Р. С. Автоматическое частотное упра-
вление асинхронными двигателями. — М.: Энергия, 1974. — 328 с.
30.	Преобразователи частоты на тиристорах для управления высо-
коскоростными двигателями / А. С. Сандлер, Г. К- Аввакумова,
А. В. Кудрявцев, А. А. Никольский. —М.: Энергия, 1970. — 81 с.
31.	Саидлер А. С., Тарасенко Л. М. Динамика каскадных асинхрон- '
пых электроприводов. —М.: Энергия, 1977. — 200 с.
32.	Сиротин А. А. Автоматическое управление электропривода-
ми. — М.: Энергия, 1969. — 560 с.
33.	Следящие приводы / Под ред. Б. К. Чемоданова. — М..: Энер-
гия, 1976, кн. I — 480 с., кн. II — 384 с.
34.	Соколов М. М. Автоматизированный электропривод общепро-
мышленных механизмов. —М.: Энергия, 1976. — 488 с.
35.	Теория автоматического управления / Под ред. А. В. Нету-
шила. — М.: Высшая школа, 1968, ч. I. — 424 с., 1972, ч. II. — 430 с.
36.	Тиристорный электропривод постоянного тока / Я. Ю. Соло-
духо, Р. Э. Белявский и др. —М.: Энергия, 1971. — 104 с.
37.	Тиристорные электроприводы с реверсорами / Я. Ю. Солодухо.
н др. —М.: Энергия, 1977. — 112 с.
38.	Унгру Ф., Иордан Г. Системы согласованного вращения элект-
родвигателей. — М.: Энергия, 1971. — 198 с.
39.	Управление вентильными электроприводами постоянного тока /
Е. Д. Лебедев, В. Е. Неймарк, М. Я. Пистрак, О. В. Слежановский. —
М.: Энергия, 1970. — 197 с.
40.	Филиппов Б, А., Ильинский Н. Ф. Основы электропривода. —
М.: Изд. МЭИ, 1977. — 204 с.
41.	Чиликин М. Г. Общий курс электропривода. —5-е изд. —М.:
Энергия, 1971. — 432 с.
42.	Чиликин М. Г., Ключев В. И., Сандлер А. С. Теория автомати-
зированного электропривода. — М.: Энергия, 1979. — 616 с.
43.	Шубенко В. А., Браславский И. Я. Тиристорный асинхронный
электропривод с фазовым управлением. — М.: Энергия, 1972. — 130 с.
предметный указатель
А
Астатическое регулирование 466
Б
Балластный резистор 501
Быстродействие электропривода 255»
302
В
Воздействие возмущающее 390
Время запаздывания 273, 306
~ переходного процесса 42, 315
—	пуска 42, 295
—	реверсирования 296
—	регулирования 147
—	цикла 330, 355, 359
Д
Диаграмма нагрузочная 329, 359
—	скорости 329
Диапазон регулирования 95
Ж
Жесткость механической характе-
ристики 34
3
Задатчик интенсивности 474, 483
Закон оптимизации 545
—	частотного регулирования 182
Звено колебательное 471
—	механическое приведенное 28
—	упругое 27
И
Источник тока 251
—	ЭДС 251
К
Каскад асинхронный вентильный
191, 265
—	вентильно-машинный 185
—	электрический 185
электромеханический 188
Контур колебательный 171
Коррекция последовательная 464
Коэффициент глубины модуляции
175
—	жесткости 133
— мощности 97, 192, 200
— перегрузки механической 377
--- термической 378
— плавности при регулировании 95,
164
— полезного действия 96, 113, 208
— усиления 465, 470, 471
— ухудшения теплоотдачи 353
— форсировки 314, 323
М
Метод графо-аналитический 45, 280
— средних потерь 371
— эквивалентного момента 375
--- тока 373
—	эквивалентной мощности 375
Модуль жесткости 142, 211
Момент активный 29
динамический 39, 47, 346
—	допустимой нагрузки 138
—	инерции 30, 40, 43
—	короткого замыкания 54
—	критический 75, 152
—	максимальный 75
—	пусковой 4)0
—	реактивный 29, 205
—	сопротивления .20, 32
—	трения 32
—	электромагнитный 67, 204
Мощность динамическая 41
—	потерь 373
—	реактивная 200
— скольжения 153
Н
Нагрузка пульсирующая 415
— резко-переменная 363, 415
О
Ослабление поля 484
П
Падение угловой скорости динами-
ческое 475
— — статическое 56, 472
Перегрузочная способность 161
Передаточное отношение 42
Перерегулирование 467
Постоянная времени нагрева 353
--- электромагнитная цепи воз-
буждения 281, 314
---электромеханическая 268, 292
---якоря 273
Потери механические 332
— мощности переменные 145, 332
---постоянные 147, 332
--- эквивалентные 376
Превышение температуры 351, 371
Пульсация напряжения 118
— тока 118
Пуск 42, 210, 267
570
р
Реверсирование 121, 285, 310, 321
Реверсор 121, 484
Регулирование угловой скорости
автоматическое 242
------двухзонное 199, 204, 484
---— импульсное 106, 142, 149, 154
--- — непрерывное 156
------параметрическое 106, 142,
149
------ подчиненное 463
------реостатное 106, 142
------частотное 161, 205, 494
Регулятор напряжения импульс-
ный 124
---тиристорный 117, 152, 255
---широтно-импульсный 173
— пропорциоиальио-иитегральиый
465
—	пропорциональный 465
—	скольжения 488
—	скорости 466
—	тока 466
— частоты 489
Режим генераторный 59, 87, 19/, 216
— двигательный 197, 216
— номинальный кратковременный
150, 354
--перемежающийся 357
---повторно-кратковременный 149,
162, 179, 354
---продолжительный 149# 185, 199,
354
С
Связь обратная по напряжению 242
------положению 198
------ скорости 246
------току 244
--------- с отсечкой 249
Система регулирования замкнутая
258, 463
Скважность управляющего импуль-
са 149, 154
Скольжение абсолютное 75
—	критическое 75
—	оптимальное 347
Скорость угловая идеального холо-
стого хода 51
--- синхронная 193
Стабильность угловой скорости 98,
149
Стати зм 160, 183, 243
Статор поворотный 235
Т
Температура двигателя 351
—	охлаждающей среды 351
Теплоемкость двигателя 351 \
Теплоотдача 183, 351	5
Ток короткого замыкания 54
— намагничивания 86
Торможение динамическое 60, 71. 83,
218, 282, 403
— противовключением 61, 71,83, 405
~ рекуперативное 59, 82, 178,’288, 346
Точность остановки 216
регулирования [60
У
Управляемые вычислительные ма-
шины УВМ 24
Уравнение движения электропри-
вода 32, 40, 295, 297
Устойчивость электропривода 202,
226, 230, 492
Ф
Формирование переходных процес-
сов 301
Форсирование переходных про-
цессов 312, 463
X
Характеристика двигателя венти-
ляторная 146
--- динамическая 300
--- естественная 51
--- искусственная 52
--- механическая 49
--- реостатная 52
--- угловая 90
---частотная 182
— — электромеханическая 49, 133
Ч
Частота включений допустимая 386
Ш
Шунтирование якоря 127, 135
Э
Экономичность регулирования 95
Электрическая фиксация 201
Электрический вал 219
Электропривод адаптивный 13, 544
— взаимосвязанный 11, 179
—	групповой' 8
— индивидуальный 9, 179
—	миогодвигательный 11
—	программно-управляемый 13, 522
—	следящий 13, 505
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие.................................................. 3
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Введение...................................................   5
Глава первая. Основные сведения. История развития
электропривода ......................................... 6
1.1.	Типы электроприводов и движения, осуществляемые ими	6
1.2.	Краткий исторический обзор развития электропривода 14
1.3.	Развитие электропривода в СССР...................... 18
1.4.	Значение электропривода в народном хозяйстве и основ-
ные направления его дальнейшего развития................. 22
Глава вторая. Механика электропривода........................ 26
2.1.	Приведение моментов и сил сопротивления, инерционных
масс и моментов инерции.................................. 26
2.2.	Механические характеристики производственных ме-
ханизмов и электрических двигателей. Установившиеся
режимы............................................. I	.	32
2.3.	Уравнение движения электропривода ................. 38
2.4.	Уравнение движения электропривода при переменном
моменте инерции, зависящем от угла поворота вала ...	43
2.5.	Время ускорения и замедления привода. Определение
наивыгоднейшего передаточного отношения................. 42
2.6.	Графическое и графо-аналитическое решение уравнения
движения привода........................................ 45
Глава третья. Механические характеристики электропри-
водов ................................................. 48
3.1.	Механические характеристики двигателя постоянного
тока независимого возбуждения.......................... 48
3.2.	Построение механических характеристик двигателя не-
зависимого возбуждения................................. 53
3.3.	Механические характеристики двигателя постоянного
тока независимого возбуждения	в	тормозных режимах 58
3.4.	Механические характеристики двигателя постоянного
тока последовательного возбуждения..................... 65
3.5.	Механические характеристики двигателя постоянного
тока последовательного возбуждения в тормозных ре-
жимах ................................................. 70
3.6.	Механические характеристики двигателя постоянного
тока смешанного возбуждения . ......................... 73
572
3.7.	Механические характеристики асинхронного двигателя	74
3.8,	Механические характеристики асинхронного двигателя
в тормозных режимах.............................. . . .	82
3.9.	Механическая и угловая характеристики синхронного
двигателя........................".s . •................ 89
Глава четвертая. Регулирование угловой скорое^! эле-
ктроприводов ............................................ 93
4.1.	Основные показатели регулирования угловой скорости
электроприводов ........................................ 93
4.2.	Регулирование угловой скорости двигателя постоянного
тока независимого возбуждения изменением магнитного
потока................................................. 102
4.3.	Реостатное и импульсное параметрическое регулирова-
ние угловой скорости двигателя постоянного тока не- •
зависимого возбуждения................................. 106
4.4.	Регулирование угловой скорости двигателя постоян-
ного тока независимого возбуждения изменением под-
водимого к якорю напряжения ........................... 112
4.5.	Регулирование угловой скорости двигателя постоянного
тока независимого возбуждения при шунтировании
якоря.................................................. 127
j4.fi. Регулирование угловой скорости двигателя постоянного
тока последовательного возбуждения.................. 132
4.7.	Регулирование угловой скорости двигателя постоянного
тока последовательного возбуждения шунтированием об-
мотки якоря или обмотки возбуждения.................... 135
4.8.	Регулирование угловой скорости электроприводов пе-
ременного тока ........................................ 141
4.9.	Реостатное и импульсное параметрическое регулирова-
ние угловой скорости асинхронного электропривода . . .	142
4.10.	Регулирование угловой скорости асинхронного электро-
привода изменением напряжения .......................... 152
4.11.	Регулирование угловой скорости асинхронного элект-
ропривода переключением числа полюсов................... 156
1.12. Частотное регулирование асинхронных электроприводов 161
4.13. Асинхронный регулируемый электропривод в каскад-
ных системах ....................................... 185
4.14. Регулируемый асинхронный электропривод в системе
двойного питания ................................... 193
1.15. Частотное регулирование угловой скорости синхронного
электропривода ...........................'......... 201
4.16. Регулируемый привод переменного тока с вентильным
двигателем.......................................... 206
Глава пятая. Взаимосвязанный электропривод.................. 210
5.1.	Электропривод с механическим соединением валов . .	211
' 5.2. Асинхронный двухдвигательный электропривод со сло-
жением механических характеристик.................... 216
5.3.	Электропривод с электрическим	валом................ 219
Глава шестая. Автоматическое регулирование угловой
скорости и момента электроприводов	............... 239
6.1.	Общие положения.................................... 239
573
6.2. Система автоматического регулирования угловой скоро-
сти с жесткой отрицательной обратной связью по на-
пряжению . ........................................ 242
6.3.	Система автоматического регулирования угловой скоро-
сти с жесткой положительной обратной связью по току
якоря двигателя........................................ 244
6.4.	Система автоматического регулирования угловой ско-
рости с жесткой отрицательной обратной связью по угло-
вой скорости двигателя................................. 246
6.5.	Автоматическое регулирование момента электропривода
в системе преобразователь—двигатель ................... 248
6.6.	Автоматическое регулирование скорости и момента в си-
стеме источник тока—двигатель.......................... 251
6.7.	Автоматическое регулирование угловой скорости асин-
хронных электроприводов при помощи тиристорных ре- 
гуляторов напряжения................................... 255
6.8.	Автоматическое регулирование электроприводов пере-
менного тока с частотным управлением................... 257
6.9.	Автоматическое регулирование каскадных электропри-
водов ................................................. 264
Глава седьмая. Переходные режимы в электроприводах 266
7.1.	Общие положения................................... 266
7.2.	Пуск двигателя постоянного тока независимого возбу-
ждения до основной угловой скорости и ударное прило-
жение нагрузки . ...................................... 267
7.3.	Пуск двигателя постоянного тока независимого возбуж-
дения до угловой скорости выше основной................ 278
7.4.	Динамическое торможение двигателя постоянного тока
независимого возбуждения............................... 282
7.5.	Торможение противовключением и реверсирование дви-
гателя постоянного тока независимого возбуждения . . .	285
7.6.	Торможение двигателя постоянного тока независимого
возбуждения от угловой скорости выше основной до
основной............................................... 288
7.7.	Переходные режимы в приводах с двигателями постоян-
ного тока последовательного возбуждения................ 290
7.8.	Переходные режимы в приводах с асинхронными дви-
гателями трехфазного тока.............................. 291
7.9.	Электромагнитные переходные процессы в приводах
с асинхронными двигателями............................. 299
Глава восьмая. Формирование переходных процессов ...	301
8.1.	Общие положения..................................  301
8.2.	Формирование переходных процессов при линейном на-
растании управляющих воздействий....................... 303
8.3.	Переходные процессы при экспоненциальной зависимо-
сти управляющего воздействия........................... 312
Глава девятая. Расчет мощности электроприводов . . .	325
9.1.	Общие положения................................... 325
9.2.	Потери энергии в электроприводах постоянного и пере-
менного тока .  ....................................... 332
9.3.	Нагрев и охлаждение двигателя. Классификация режи-
мов работы электроприводов ............................ 348
574
9.4.	Нагрузочные диаграммы электроприводов........... 359
9.5.	Расчет мощности двигателя при продолжительном ре-
жиме работы (S1)...................................   370
9.6.	Расчет мощности двигателя при кратковременном ре-
жиме работы (S2)....................................  377
9.7.	Расчет мощности двигателя при повторно-кратковре-
менном режиме работы (S3)............................ 380
9.8.	Определение допустимой частоты включений асинхрон-
ного двигателя с короткозамкнутым ротором и пути ее
увеличения........................................    386
ЧАСТЬ ВТОРАЯ
СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ
Введение .................................,.............  388
Глава десятая. Разомкнутые системы автоматического
управления ........................................   391
10.1. Изображение и обозначение элементов схем автомати-
I	ческого управления............................. 391
| 10.2. Принципы автоматического управления пуском эле-
i	ктродвигателей в разомкнутых	релейно-контактных	си-
>	стемах........................................  394
( 10.3. Типовые узлы релейно-контактного управления	пуском
двигателей постоянного тока при питании от сети 395
I 10.4. Типовые узлы схем управления торможением двига-
, телей постоянного тока при питании от сети ......	403
!	10.5. Типовые узлы схем автоматического управления пуском
и торможением асинхронных двигателей при питании
• от сети ............................................... 411
10.6.	Типовые узлы схем автоматического управления синх-
ронными двигателями................................. 416
10.7.	Применение бесконтактных аппаратов и логических
элементов в схемах управления электроприводами . . .	421
Глава одиннадцатая. Типовые схемы разомкнутых си-
стем управления ..................................    424
11.1.	Общие положения................................ 424
11.2.	Управление пуском, торможением и реверсированием
асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором 425
11.3.	Тиристорное управление асинхронным двигателем с ко-
роткозамкнутым ротором	........................ 434
11.4.	Управление асинхронными двигателями с фазным ро-
тором .............................................. 436
11.5.	Управление синхронными	двигателями............. 441
11.6.	Управление синхронными двигателями с возбуждением
от тиристорных преобразователей .................... 447
11.7,	Управление двигателями постоянного тока независи-
мого возбуждения.................................... 449
11.8.	Управление двигателями постоянного тока последо-
вательного возбуждения.............................. 452
11.9.	Электрические схемы управления электроприводами
некоторых производственных механизмов	455
575
Гл
Гл
Гл
Глава двенадцатая. Типовые системы замкнутого уп-
равления электроприводами............................462
12.1.	Общие положения................................462
12.2.	Принципы построения замкнутых систем регулируе-
мого электропривода ................................ 463
12.3.	Схемы привода постоянного тока с магнитными усили-
телями ..............................................476
12.4.	Системы управления двигателями постоянного тока
с тиристорными выпрямителями.........................479
12.5.	Система частотного управления асинхронным двига-
телем ..........................'....................488
12.6.	Система управления асинхронно-вентильным каскадом 490
12.7.	Автоматическое управление синхронными электропри-
водами ..............................................491
12.8.	Управление приводами с вентильными двигателями 494
12.9.	Замкнутые системы управления некоторыми производ-
ственными механизмами................................499
Глава тринадцатая. Следящий привод. Программное
управление. .........................................505
13.1.	Общие положения, назначение и классификация сле-
,	дящих приводов . ...............................505
13.2.	Следящий привод релейного действия..........508
13.3.	Принцип работы следящего привода непрерывного уп-
равления ............................................512
13.4.	Схемы следящих приводов с непрерывным	управлением 516
13.5.	Программное управление электроприводами.....522
13.6.	Применение ЭВМ для программного управления ме-
таллообрабатывающими станками........................527
13.7.	Программное управление с применением шаговых дви-
гателей .............................................535
13.8.	Программное управление приводом нажимного уст-
ройства реверсивного прокатного стана .............. 540
13.9.	Адаптивное управление производственными механиз-
мами ................................................544
Глава четырнадцатая. Комплексная автоматизация
электроприводов....................................  548
14.1.	Общие положения................................548
14.2.	Автоматические	станочные линии.................551
14.3.	Узел схемы управления автоматической линией стан-
ков .................................................554
14.4.	Комплексная автоматизация поточно-транспортных си-
стем ................................................557
14.5.	Комплексная	автоматизация	доменной печи : ... . 562
14.6.	Автоматическое управление распределением газового
потока по сечению	доменной	печи.................562
Список литературы........................................568
Предметный указатель	.........................570
574