точная остановка электроприводов

Автоматически работающий механизм должен совершать заданное программой перемещение с требуемой степенью точности. Перемещение механизма в заданное по- . ложение часто называют позиционированием. Задачу автоматического позиционирования обычно решают средствами электропривода.

С ростом производительности современных механизмов и соответственно с увеличением их рабочих скоростей возрастают трудности осуществления автоматической точной остановки электропривода. Неточная остановка электропривода может явиться серьезным препятствием к созданию автоматической линии, к автоматизации работы отдельного механизма. При ручном (дистанционном или местном) управлении для остановки механизма в заданном положении часто приходится многократно включать механизм, что ведет к потере времени, повышенному расходу электроэнергии и нагреву двигателя, преждевременному износу оборудования.

Переход к автоматической точной остановке обеспечивает повышение производительности механизмов благодаря торможению за минимально возможное время, увеличение срока службы механизмов, электродвигателей и аппаратуры, уменьшение нагрева, сокращение числа операторов. Точная остановка механизмов станка дает возможность повысить точность обработки изделий. На многих металлургических агрегатах с повышением точности авто-. матической остановки удается уменьшить потери металла и получить прокат заданных размеров. Имеется большое число производственных механизмов, которые вообще не могут работать автоматически без точной остановки в заданных полол<ениях. К таким механизмам относятся различного типа и назначения подъемники и лифты, некоторые узлы станков (например, шпиндель с борштангой на расточных станках), всевозможные кран-балки и передаточные тележки, несущие на себе рельсовые пути, которые должны при остановке точно совпадать со стационарными

рельсами, и др. Точная остановка широко применяется на вспомогательных механизмах прокатных станов, на автоматических технологических линиях, на различных перекладчиках и других грузоподъемных механизмах и т. д.

Неточность остановки механизма измеряется его максимальным отклонением от заданного положения. Она зависит от большого числа факторов: от погрешностей датчиков положения механизмов и релейно-контакторной аппаратуры, от изменений момента тормоза и момента нагрузки, от колебаний напряжения и частоты питающей сети и т. д.

Правильный выбор типа датчиков, мест их установки, формы и длины переключающих упоров или пластин, способов торможения и регулирования частоты вращения двигателей для повышения точности остановки - таковы главные задачи, которые часто приходится решать работникам электрохозяйства заводов при наладке и эксплуатации схем автоматического управления механизмами.

В настоящей книге подробно рассмотрены способы практического осуществления остановки электроприводов с заданной точностью. По сравнению с первым изданием книга существенно переработана и дополнена. Заново написаны параграфы о бесконтактных датчиках, кЬнечных выключателях и командоаппаратах; в значительной степени обновлен материал, относящийся к способам получения пониженной частоты вращения асинхронных двигателей и к эффективным методам их электрического торможения. Расчетные формулы приведены в международной системе единиц СИ.

Все замечания и пожелания по данной книге будут с благодарностью приняты. Просьба направлять их по адресу: ПЗП4, Москва, М-П4, Шлюзовая наб., 10, Энергоатомиздат.

Автор

1. СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ОСТАНОВКИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

В процессе торможения механизм (и соответственно вал электродвигателя) проходит некоторый путь, значение которого не является постоянным, что и приводит к неточности остановки электропривода.

Рассмотрим, из чего складывается путь механизма от заданного момента срабатывания датчика положения до полной остановки. Так как механизм может совершать-различные виды движения (поступательное, вращательное и др.), удобнее рассматривать угловой путь вала двигателя (в оборотах или градусах), а затем пересчетом находить путь механизма. Угол поворота вала двигателя фт на участке торможения состоит из трех слагаемых:

фт = фт + ф"т-Ьф"т. (1)

Первое слагаемое фт -это угол поворота вала двигателя от заданного момента срабатывания датчика положения до его действительного переключения. Этот угол определяется погрешностью датчика. Характеристика точности датчиков положения различных типов дана в § 5 и 6.

Второе слагаемое ф"т равно углу поворота вала за время срабатывания электроаппаратуры, включающей торможение электродвигателя. Величина ф"т, как и фт, не является постоянной и зависит от изменения частоты вращения вала двигателя и погрешностей времени срабатывания электроаппаратуры. Частота вращения двигателя может меняться при изменении статического момента нагрузки, напряжения или частоты питающей сети, изменении параметров машины из-за колебаний температуры окружающей среды. Время срабатывания аппаратуры в свою очередь не является постоянной величиной и зависит от напряжения, температуры, влажности и т. п.

Средняя погрешность времени срабатывания контакторов составляет 10%. Время включения крупных контакторов постоянного тока достигает 0,25-0,3 с, контакторов

Необходимые понятия н формулы -см. приложение 1 я в Г1].

1-й величины -0,1 с, реле РЭВ800 - 0,04-0,07 с. Контакторы переменного тока являются более быстродействующими аппаратами, чем контакторы постоянного тока: время их включения равно 0,05-0,07 с. Время размыкания контакта обычно составляет 20-95% времени замыкания. При построении схем автоматики на бесконтактных логических элементах учитывают лишь время срабатывания выходных контакторов.

Третье слагаемое ф"т равно угловому пути вала двигателя за время снижения частоты вращения в процессе торможения. Путь торможения прямо пропорционален запасенной движущимися частями кинетической энергии и обратно пропорционален тормозному моменту на валу двигателя. Как и две предыдущие, составляющая ф"т не является постоянной и зависит от ряда переменных величин - от квадрата частоты вращения двигателя,- момента инерции движущихся частей, тормозного и статического моментов на валу,трения.

Рассмотрим более подробно расчет пути вала двигателя в процессе остановки и определение неточности остановки.

Обозначив погрешность датчика угла поворота вала . (например, вращающегося командоаппарата) в градусах через ±б и учитывая, что при этом максимальный путь механизма, обусловленный погрешностью датчика, соответственно пропорционален его удвоенной погрешности, получим

2Ы Si

? г.тах - „СП -

360 180 -

где г - передаточное число кинематической цепи от вала двигателя к барабану командоаппарата.

Если используется датчик положения, установленный вдоль пути механизма, то его линейную погрешность нетрудно перевести в угловую, приведенную к валу двигателя. Второе слагаемое пути

где «1 - частота вращения в момент начала торможения, об/мин; - время срабатывания аппаратуры, с. Третье слагаемое пути

Здесь н ниже составляющие углового пути фт выражаем в оборотах вала двигателя.

где / - суммарный приведенный момент инерции движущихся частей привода, кг-м (расчет см. ниже); Мт, Мс- приведенные к валу двигателя тормозной и статический моменты; Н-м. [

Формула для ф"т справедлива, если моменты Мт и ЛГс неизменны в процессе торможения (см. приложение 1).

Обозначив сумму моментов М- + Мс как Мдин -динамический момент, получим

Таким образом, угол фт равен

1146Л1„

Обозначим максимальный и минимальный углы торможения через (рт,тах и фт,тт ("РИС. 1).

Среднее значение угла торможения

„ Чт;тах-\- fr.min /сг.

Гт.ср- . \S>)

Максимальное отклонение от заданного положения, определяющее значение неточности остановки, равно

Д?т.та;с = :

- Ут,та.1с tr.min

• (7) ,

+4?T,maxJ--h

мини- ЛУт,тал

Максимальные и мальные значения переменных р„е. i. Диаграмма углов тор-величин щ, /, Мт, Мс можно можения вала электропривода представить в виде алгебраической суммы среднего значения и максимального отклонения: «1 = «1ср±А«1, /а = /а,ср±А/а И Т. Д.

Подставив эти значения в (5), найдем т,тах и фт.т.л, а затем и искомую величину неточности остановки Ат,тах. Учтем также, что угол фт меняется от (pr,min = 0 до

Ф т,тах= --- , т. е. максимальное отклонение равно

Дф = fr.max 2 360