Управление нагрузкой электроприводов

Управление загрузкой многодвигательных электроприводов. Для многодвигательных электроприводов механизмов, имеющих жесткие кинематические взаимосвязи, существует задача управления загрузкой каждого электропривода при одинаковой скорости их движений. В длинных конвейерных линиях три электропривода ЭП и одно или два натяжных устройства обеспечивают движение конвейерной линии со скоростью v. Электроприводы с учетом потерь в линии распределены так, чтобы равномерно создавать усилие в ленте. Приводы могут создавать разные усилия (моменты) в зависимости от топологии линии и значения потерь в ней.
Аналогична ситуация в прессовой части бумагоделательной машины, где несколько электроприводов связаны прессовыми валами и натянутой сеткой.
Функциональная схема системы управления загрузкой электроприводов показана. Один из приводов выбирается ведущим и в нем реализуется типовая система регулирования скорости с блоком управления моментом БУМ и регулятором скорости PC с ограничением выходного сигнала. С учетом задания v3 привод обеспечивает скорость v движения ИО. Ведомые электроприводы с ИО, совершающие движения с той же скоростью v.
Ограничение механических перегрузок электроприводов. Механические перегрузки являются важной особенностью рабочих режимов для большинства общепромышленных механизмов циклического действия. Для механизмов передвижения на рельсовом ходу они обусловлены перекосами при большом пролете крана или ветровой нагрузкой, если сооружение работает под открытым небом. Перегрузки крюковых подъемных лебедок могут возникать при подхвате примерзшего или заклиненного груза. Наиболее тяжелые и частые механические перегрузки возникают у тех механизмов, для которых при нормальном течении технологического процесса возможна работа на упор — механическое стопо-рение исполнительного органа (ИО).
Систематическими механическими перегрузками и механическими стопорениями сопровождается работа всех механизмов, участвующих в процессе черпания грунта или перемещения материала: напорных, подъемных и тяговых лебедок экскаваторов и грейферных кранов. При работе в мягких грунтах перегрузки могут достигать опасных значений, но нарастают постепенно. Такие режимы называют мягкими стопорениями. При черпании скальной породы экскаватором или смерзшегося транспортируемого грунта грейферным краном возможны внезапные заклинивания ИО — так называемые резкие стопорения.
Во всех случаях, когда возникающие по любой причине механические перегрузки превосходят перегрузочную способность привода и допустимую нагрузку механизма, должно обеспечиваться автоматическое ограничение момента, развиваемого двигателем, допустимым значением. Допустимый момент двигателя определяется максимально допустимой нагрузкой механизма по условиям его механической прочности. Его кратность относительно номинального момента не должна превышать перегрузочной способности двигателя. Выбранное из этих условий значение момента в дальнейшем будем называть допустимым стопорным моментом.
Требования к системе ограничения момента для разных механизмов различны. Если опасные перегрузки представляют собой несистематическое, редкое явление, система может действовать как защитное устройство, вызывающее отключение привода и перерыв в работе механизма. Примером может служить максимальная защита двигателя, отключающая его от сети с помощью контактора или автомата при токе, превышающем номинальный в 2... 2,5 раза.
Однако подобные устройства неприменимы для механизмов, работа которых систематически сопровождается перегрузками и стопорениями. В таких случаях должно предусматриваться автоматическое ограничение момента, не вызывающее перерывов в работе механизма, которые недопустимо снизили бы его производительность. Непрерывное ограничение момента может быть осуществлено электрически или механически.
Электрическое непрерывное ограничение момента достигается использованием электропривода с экскаваторной механической характеристикой. Оно широко применяется не только для ограничения механических перегрузок, но и для формирования переходных процессов пуска, реверса и торможения. Качество ограничения момента обычно характеризуется заполнением экскаваторной характеристики, которое тем больше, чем жестче ее рабочий участок и чем круче падающий. Идеальная экскаваторная характеристика 1 и реальные экскаваторные характеристики 2 и 3 с разным заполнением показаны. При достаточно высокой жесткости рабочего участка реальных характеристик их заполнение может оцениваться так называемым коэффициентом отсечки.
Для выяснения основных физических особенностей режимов резких стопорений проанализируем переходный процесс электропривода подъема экскаватора-лопаты, вызванный внезапной остановкой ковша при столкновении с невзорванной скалой.
Примем, что момент М двигателя в переходном процессе изменяется в соответствии с механической характеристикой и единственным упругим элементом схемы является подъемный канат.
Пропорциональный усилию в канате момент Мп возрастает по мере снижения скорости, так как запасенная в останавливающихся инерционных массах кинетическая энергия, освобождаясь, переходит в потенциальную энергию упругого растяжения каната. Наличие избыточного запаса потенциальной энергии при ш = 0 является причиной, вызывающей разгон барабана и связанных с ним частей в противоположную сторону. Поэтому процесс стопорения имеет колебательный характер, причем при идеальной экскаваторной характеристике теоретически в соответствии с формулами колебания являются незатухающими. Практически вследствие неучтенных потерь на трение энергия упругих колебаний в этом случае рассеивается в виде теплоты в трущихся элементах.
Сравнивая формулы, а также соответствующие характеристики, можно убедиться, что при уменьшении коэффициента отсечки (увеличение Р) затухание колебаний увеличивается. Как уже отмечалось, линейная связь момента двигателя со скоростью аналогична вязкому трению и оказывает демпфирующее действие, способствуя быстрому затуханию колебаний. Увеличение затухания влечет за собой некоторое уменьшение динамического коэффициента, поэтому для подъемных лебедок экскаваторов-лопат и грейферных кранов желательна характеристика с коэффициентом отсечки ктс = 0,7...0,8. Такая форма экскаваторной характеристики одновременно уменьшает частоту стопорений, так как обеспечивает заблаговременное снижение скорости при механической перегрузке еще до достижения стопорной нагрузки. По снижению скорости машинист оценивает нагрузку двигателя и своевременно предпринимает действия, направленные на уменьшение перегрузки, например уменьшает напорное усилие экскаватора-лопаты при перегрузке электропривода подъема.
Чем тяжелее условия стопорения, чем больше жесткость механического оборудования с12, тем меньший коэффициент отсечки нужно иметь. В этом отношении наиболее характерен механизм напора экскаватора-лопаты с реечной передачей, которая дает весьма жесткое соединение рукояти с приводом. Из-за большой жесткости С\2 в данном случае процессы резких стопорений носят характер тяжелых ударов с опасными значениями динамического коэффициента. Для этого механизма выбирают котс - 0,6...0,7 и для защиты от поломок в его кинематическую цепь вводят муфту предельного момента, настроенную на срабатывание при М = = (1,2...1,4)Л/СТ0П.
Если экскаваторная характеристика предусматривается только для ограничения момента в переходных процессах, то для получения их равномерно ускоренного протекания нужно более высокое заполнение.