Требуемый диапазон изменения или регулирования скорости электроприводов определяется многими факторами и в первую очередь типом привода и технологическими требованиями. Последние определяют также характер изменения момента нагрузки на всех уровнях скорости, т. е. будет ли он оставаться постоянным или изменяться и как именно, например обратно пропорционально скорости вращения. В первом случае речь идет о приводах с постоянным моментом, во втором — о приводах с постоянной мощностью.
Приводы станков, как металлорежущих, так и обрабатывающих металл давлением, относятся к группе механизмов с постоянным моментом, требующих различных фиксированных скоростей. Необходимость в различных скоростях вызывается различием в габаритах и материале обрабатываемых деталей или величиной снимаемой стружки.
Чаще всего годится диапазон скоростей 1 : 4, но так как работа может продолжаться длительное время на разных скоростях внутри указанного диапазона, то имеет значение и экономичность работы, т. е. к. п. д. двигателя на каждой ступени скорости.
В отдельных случаях важное значение имеет вопрос о точном поддержании выбранной скорости, так как отклонение от нее может неблагоприятно отражаться на качестве обработки изделия.
Строгальный станок и обжимной стан (или блюминг) являются примерами регулируемых и реверсивных приводов, для которых большое значение имеет возможно меньшее время реверса. Различные скорости вращения по ходу работы могут или заранее устанавливаться (как в строгальном станке), или изменяться под воздействием оператора (как в блюминге).
Для вентиляторов и воздуходувок часто достаточна одна скорость, но, если они служат для искусственной тяги в котельных требуется изменение скорости в отношении 1 : 2 и более.
У некоторых вентиляторов для искусственной тяги регулирование скорости производится автоматически в соответствии с изменениями паропроизводительности котла. Здесь наряду с чисто электрическими методами регулирования скорости применяется и регулирование посредством задвижки.
Приводы подъемных кранов, лебедок или лифтов требуют не только широкого диапазона скоростей, но и достаточно точных уставок скоростей при моментах нагрузки, которые могут изменяться в самом широком диапазоне, начиная от полного момента при двигательном режиме до полного момента в генераторном режиме и притом при прямом и обратном движении (вращении вала).
Диапазон моментов нагрузки зависит от того, снабжено ли подъемное устройство противовесом или нет. Очевидно, что система регулирования скорости, которая позволяет получить любую скорость при любом моменте нагрузки, может рассматриваться как идеальная, но такая система будет неэкономичной в смысле первоначальных затрат и потерь энергии. Поэтому следует ограничиваться только диапазоном регулирования, предписываемым действительными условиями эксплуатации.
Например, минимальные требования для кранового привода по диапазону регулирования скорости:
- В направлении подъема (первый квадрант) должны быть обеспечены алые скорости до половинного значения ее, при всех моментах до полного и полная скорость только при пониженном моменте.
- В направлении спуска (третий и четвертый квадранты) всякая значительная нагрузка на крюке создает так называемый "перетягивающий момент", система регулирования должна обеспечивать управление им при всех скоростях.
- Спуск пустого крюка осуществляться при двигательном моменте в сторону опускания.
Эти минимальные требования позволяют оператору точно устанавливать и перемещать груз, поднимать и опускать пустой крюк при наивысшей скорости и перемещать полностью нагруженный крюк с почти любой скоростью из всего диапазона скоростей.
Наглядным примером необходимости широкого регулирования скорости по технологическим условиям является электропривод машин для производства чулок. При изготовлении одного женского чулка, которое продолжается около 40 мин, требуется до 100 раз производить изменение скорости в диапазоне 1 : 7.
Такое регулирование ранее удобнее всего было осуществляется посредством двигателя постоянного тока с электронной схемой управления, но сейчас для этих целей используются асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, подключенные к сети через частотные преобразователи.
Различные уровни скорости, требующиеся для соответствующих мест по длине чулка, заранее подготавливаются уставками потенциометров, которые автоматически вводятся в действие в заданной последовательности.
В промышленности довольно часто встречаются приводы, в которых несколько двигателей должны работать, сохраняя постоянное отношение скоростей между ними. В таких координированных приводах могут работать много двигателей, имеющих неодинаковые скорости, но постоянное соотношение между ними.
В качестве примеров можно привести бумагоделательные машины, многоклетевые станы для горячей и для холодной прокатки. В таких установках заданные соотношения скоростей поддерживаются посредством той или иной системы автоматического регулирования.
Схема должна обеспечивать для каждого из двигателей уставку весьма низкой скорости, а также весьма малые изменения скорости для точной подгонки ее к нужной величине.
Способы обозначения диапазона регулирования скорости
До сих пор не существует единого способа обозначения пределов регулирования скорости приводов, что может приводить к недоразумениям, тем более что способ обозначения тесно связан и с самим способом регулирования.
На практике существуют по крайней мере четыре способа указания пределов регулирования:
1. Указываются значения наивысшей и наинизшей скоростей вращения (об/мин), причем они разделяются косой черточкой — в случае многоскоростных двигателей и прямой — в случае регулирования реостатом, т. е. с промежуточными скоростями. Например, 10 кВт, 1500/750 об/мин (асинхронный двигатель с переключением полюсов); 10 кВт, 1500 — 750 об/мин (асинхронный двигатель с реостатом в цепи ротора).
Следует, однако, заметить, что косая черточка применяется иногда в ином смысле — для указания границы разнородных способов регулирования, например у двигателей постоянного тока для блюмингов: 7000 кВт, 0/50/120 об/мин (регулирование от 0 до 50 об/мин — по системе Г — Д, от 50 до 120 об/мин — изменением магнитного потока).
2. Указывается отклонение от основной скорости вращения в процентах. Например, асинхронный двигатель 10 кВт, 1500 об/мин с частотным преобразователем для регулирования на —50% (вниз); двигатель постоянного тока 10 кВт, 1500 об/мин с регулированием на +25% (вверх, т. е. магнитным потоком).
3. Отношение наименьшей скорости вращения к наибольшей обозначается в виде дроби с числителем, равным единице. Например, двигатель постоянного тока 10 кВт, 1500 об/мин с регулированием 1 : 1,25 (т е. вверх — магнитным потоком). Этот способ обозначения применяется главным образом для широких пределов регулирования - 1 : 10, 1 : 100 и т. д.
Для многоскоростных асинхронных двигателей знак деления иногда заменяется косой черточкой, и тогда получается такое обозначение асинхронный двигатель 10 кВт, 1500 об/мин с регулированием 2/1 (т. е. переключением полюсов).
4. Наибольшая или соответственно наименьшая скорость вращения указывается в процентах от основной номинальной скорости, принятой за 100%. Например:
- асинхронный двигатель 10 кВт, 1500 об/мин с регулированием 100 — 50% (с частотным преобразователем);
- двигатель постоянного тока 10 кВт, 1500 об/мин с регулированием 100 — 125% (магнитным потоком);
- коллекторный двигатель трехфазного тока 10 кВт, 1500 об/мин с регулированием 120 — 30% (перестановкой щеток);
- асинхронный двигатель 10 кВт, 1500 об/мин с регулированием 100/50% (переключением полюсов).
Наиболее универсальным способом обозначения следует считать четвертый способ (в сочетании с третьим для случаев очень широкого диапазона регулирования).