Закладной А.Н., Закладной О.А. Конспект лекций по курсу электропривод - файл 1-2.doc

Закладной А.Н., Закладной О.А. Конспект лекций по курсу электропривод
скачать (2047.7 kb.)
Доступные файлы (25):
1-2.doc5984kb.24.02.2007 20:06скачать
n2.doc2994kb.25.04.2001 11:17скачать
n3.doc223kb.24.05.2001 12:02скачать
n4.doc548kb.23.02.2007 18:16скачать
n5.doc637kb.22.12.2006 13:27скачать
n6.doc306kb.22.12.2006 13:27скачать
n7.doc308kb.18.05.2001 11:44скачать
n8.doc358kb.22.12.2006 13:27скачать
n9.doc338kb.22.12.2006 13:28скачать
n10.doc272kb.22.12.2006 13:28скачать
n11.doc458kb.22.12.2006 13:28скачать
n12.doc512kb.27.05.2001 18:07скачать
n13.doc247kb.16.07.2001 23:19скачать
n14.doc264kb.18.07.2001 19:15скачать
n15.doc75kb.17.08.2001 14:40скачать
n16.doc84kb.12.09.2001 15:55скачать
n17.doc1457kb.23.02.2007 17:59скачать
n18.doc2246kb.23.02.2007 17:57скачать
n19.doc2165kb.23.02.2007 18:04скачать
n20.doc1550kb.23.02.2007 18:04скачать
n21.doc1263kb.31.05.2000 00:02скачать
8(1).doc1928kb.23.02.2007 18:09скачать
8(2).DOC479kb.23.02.2007 18:09скачать
n24.doc340kb.22.12.2006 13:28скачать
n25.doc67kb.22.04.2008 00:21скачать

1-2.doc

Лекция №1


ВВЕДЕНИЕ. ПОНЯТИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА.
Электрический привод представляет собой электромеханическое устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую и предназначенное для приведения в движение рабочих машин и механизмов.
СТРУКТУРА ЭЛЕКТРОПРИВОДА.
Структура электропривода представляет собой совокупность преобразователя, двигателя, передаточного органа и аппаратуры управления.

Рассмотрим структурную схему автоматизированного электропривода.


П – преобразователь. Его основное назначение – преобразовывать один вид энергии в другой (трансформатор, электромашинный, статический /вентильный/). Он является согласующим элементом между двигателем и сетью. Преобразователь может отсутствовать, тогда привод называется простым.

ПО – передаточный орган. Его основное назначение – преобразовывать энергию вращательного движения в поступательную, или во вращательное движение с другими параметрами. Им может служить редуктор, ременная передача и т.д. В отдельных случаях редуктор может отсутствовать (в тихоходных двигателях). Электродвигатели могут быть встроенные, как например, в сверле. Тогда такой привод называется простейшим.

АУ – аппаратура управления. Это сложный комплекс устройств, который предназначен для изменения параметров всех входящих в электропривод частей (усилители УБСР, реле, ЭВМ, контакторы, полупроводники).

1.3 КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ.

По способу передачи механической энергии от вала двигателя к рабочим органам машины электропривод делят на три группы:

В групповом приводе несколько одиночных машин приводятся в движение через передачи одним двигателем. Недостатки:

В одиночном приводе рабочий орган машины приводится одним электродвигателем. Иногда двигатель конструктивно является рабочим органом машины (электрическое сверло, барабан ленточного конвейера со встроенным двигателем).

Многодвигательным приводом является привод, в котором отдельный механизм приводится в движение несколькими двигателями (конвейер, подъемная машина, привод поворота мощного экскаватора).

Групповой



Однодвигательный



Многодвигательный





Преобразователи:

Инверторы:










- циклоконвертор, ТКП с непосредственной связью



2. По роду тока двигателя:

3. По типу двигателя:

4. Приводы:

5. Приводы:

6. По роду передаточного органа:

7. По степени автоматизации:

8. По степени управляемости:

9. По типу преобразователя и двигателя:


10. Привод:


Приводы:
ВП – вентильный привод /МПТ-ТП/ ТПД


Частотно-регулируемый привод


Г-Д




ВД постоянного тока ВД переменного тока



С фазовым управлением С фазовым управлением

в статоре в роторе




Лекция №2.
УРАВНЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ ПРОСТОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА.
Уравнение простого электропривода без учета упругих сил.
Делаем допущение: между двигателем и рабочим механизмом нет упругих связей, т.е. они соединены жестко.





Вся поступающая к двигателю электрическая энергия преобразуется в нем в механическую и расходуется на:

W = Wc­ + Wj­ , Дж.

Если отнести энергию к единице времени, то получаем:

; , Вт

где - мощность, развиваемая двигателем.

Если учесть, что скорость вращения механизма одна и та же, то можно записать:

, [Н.м]

где М - момент, развиваемый двигателем.

Запас кинетической энергии при вращательном движении:

, рад/с,

где J – момент инерции вращающихся частей системы, характеризующий ее

интенсивность.
J = J­1­ + J­2­ , [кг/м2]; J = m2,

где m - масса вращающихся частей,

 - радиус инерции.

= = ;

,

, тогда

.

Это дифференциальное уравнение описывает закон движения электропривода. Если учесть, что момент инерции остается при работе привода постоянным, то вторая составляющая будет равна нулю и уравнение движения примет вид:

- это уравнение движения привода в жесткой системе.

При поступательном движении на основе анализа энергетического баланса (Р = FV) можно получить уравнение движения в виде:

, Н

где F – движущая сила;

F­С ­ – статическое усилие;

m – масса поступательно движущихся элементов, кг;

V – линейная скорость, м/с.

Это уравнение позволяет решить две основные задачи электропривода:

  1. Определение характера движения привода при известных моментах

Двигателя М и сил сопротивления М­С­.

  1. Определение необходимого закона величины момента М при известной нагрузке М­С­ и требуемом характере движения, задаваемым законом изменения или .




    1. АНАЛИЗ УРАВНЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПРИВОДА


При изучении законов электропривода возникает необходимость в определении различных механических величин - пути и угла поворота, скорости и ускорения, а также моментов и сил, вызывающих их движение и определяющих их характер.

Закон движения электропривода определяется действием двух моментов: момента, развиваемого двигателем, и момента сопротивления.

В системах электропривода основным режимом работы электрической машины является двигательный. При этом момент сопротивления имеет тормозящий характер по отношению к движению ротора и действует навстречу моменту двигателя. Таким образом, положительное направление момента сопротивления принимают противоположным положительному направлению момента двигателя, в результате чего, можно записать:

.

При постоянном моменте инерции: J = const

, [рад/],   M – M­ст.

Правую часть первого уравнения называют динамическим моментом М­дин, т.е.

.

Рассмотрим режимы работы электропривода:

  1. , при этом система разгоняется, т.е. получается

ускоренное движение. Частным случаем является пуск двигателя.

  1. , , из этого следует равномерное движение. Такое

состояние называют статическим, т.е. устойчивым.

  1. , , т.е. система замедляется. Замедление идет под

действием момента. Это действие называется двигательным режимом торможения.

  1. М = 0, . При этом тоже происходит замедление системы,

но двигатель в этом случае выключен. Такое замедление называется свободным выбегом.

5. М < 0, т.е. момент отрицательный. Тогда :

, .

Это тоже явление замедления, но оно не свободное, т.к. приложены активные силы, которые направлены в противоположную сторону. Такое движение называется электрическим торможением.

6. М = 0, М­ст > 0

В этом случае мы прикладываем дополнительный момент сопротивления.

, .

Опять происходит процесс замедления, который идет за счет подключения электрического тормоза.

Из уравнений видно, что воздействовать можно только на величину момента на валу двигателя. Для двигателя постоянного тока:

М = КФІ
Знак и абсолютная величина момента зависят от тока якоря двигателя и потока. А если мы сможем изменить момент, то это позволит получить любой из шести режимов работы электропривода. Т.о. все режимы, кроме второго, - динамические, т.е. параметры системы (скорость, момент, ток) изменяются во времени.


2.3. ВРЕМЯ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ПОСТОЯННОМ ДИНАМИЧЕСКОМ МОМЕНТЕ.
Как определить время пуска Z торможения привода?

.


Если М­П = const. М­СТ = const.

То можно аналитически определить время пуска:



Проинтегрируем обе части уравнения при пуске

,

откуда:

.

Минимальное время пуска при М­С­=0.

.

При торможении:

,

откуда:

.

Проинтегрируем обе части уравнения:

,

откуда:

.

Если для торможения применяется свободный выбег, то получим:

.

Для тех случаев, где для привода производится частый пуск двигателя, время пуска и торможения играют большую роль.
Для таких систем, как подъемные установки, основная задача состоит в подборе момента инерции всей системы. За счет применения удлиненных роторов можно уменьшить момент инерции. Передаточное число редуктора играет определенную роль для определения времени пуска и торможения.

Приведенный момент инерции:

.

Лекция №3
3.1 МОМЕНТ СТАТИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ


Статический момент на валу рабочей машины создается силами полезных и вредных сопротивлений при работе машины. Полезными силами сопротивления являются силы, для преодоления которых предназначена машина.

Статические моменты, как правило, препятствуют движению, но при определенных условиях могут способствовать движению. Все статические моменты делятся на две категории; реактивные и активные. Реактивные (пассивные) моменты создаются силами трения, резания. Они всегда противодействуют движению. Характерной особенностью является то, что они меняют знак при изменении направления движения. Ко второй категории относятся статические моменты, действие которых связано с изменением потенциальной энергии отдельных элементов системы /подъем груза, сжатие упругих тел и т.д. / Поэтому их также называют потенциальными или активными моментами. Они сохраняют направление своего действия при изменении направления вращения.

Рабочие моменты по характеру изменения статического момента могут быть разделены на шесть основных групп


  1. Момент статического сопротивления – величина постоянная.

М­ст­ = const Эта группа включает рабочие

машины, статический момент которых постоянный. К ним относятся шахтные подъемные установки с уравновешивающим хвостовым канатом, конвейеры / ленточные, скребковые канатные/ при наличии постоянного количества груза на них, подъемные краны.


  1. Ко второй группе относятся машины, статический момент которых зависит от скорости.

М­ст­ = f(?n),

где n - любое число

Если n = 1 , то уравнение имеет вид:

М­ст­ = М­сто­+ К(?n)

Угол поворота зависит от К.

К этой группе рабочих машин относятся все механизмы центробежного типа /вентиляторы, компрессоры и т.д. /




  1. Третья группа охватывает машины, статический момент которых зависит от угла поворота.


М­ст­ = f ()




К этой группе относятся машины кривошипно-шатунными механизмами / поршне вые насосы и компрессоры /.


  1. Четвертая группа содержит машины, статический момент которых зависит от пути / электровозы, подъемные машины без хвостового каната /.




М­ст = f (L)
Примером может служить трамвай.



  1. Пятая группа содержит рабочие машины, статический момент которых зависит одновременно от скорости и пути / рельсовый электрический транспорт /.




  1. Шестая группа охватывает машины, статический момент которых в силу производственных особенностей носит случайный характер. К таким машинам можно отнести горные комбайны и экскаваторы.


Расчет статического момента этих машин производят по усредненной кривой, полученной экспериментально.



Вал электродвигателя может крутиться в стороны при разгоне.

При вращении по часовой стрелке М и считают положительными.
3.2 ПРИВЕДЕНИЕ МОМЕНТОВ И СИЛ
Тенденция развития современного электропривода заключается в переходе к наиболее простому и надежному способу соединения приводного электродвигателя и рабочей машины без всяких промежуточных передач.

Двигатели переменного тока имеют ограниченный ряд скоростей, связанных с числом полюсов и частотой тока. Двигатели постоянного тока. Двигатели постоянного тока могут быть выполнены на любую скорость. Поэтому сочленение рабочей машины, имеющей малую скорость, с электродвигателем производится обычно с помощью промежуточной передачи, в качестве которой чаще всего используется зубчатый редуктор.

Для упрощения математических выкладок статические моменты отдельных элементов приводят к одной и той же скорости. Скорость можно выбрать любую, даже выдуманную.

Приведение моментов сил и заключается в том, что мощность до приведения Р равна мощности после приведения Р' с учетом коэффициента полезного действия передачи
Р = Р'­*­? ;

Р­с' = Р­с­/?­­­н ­;

Р­с' = М­с'­*­?­дв­.
При поступательном движении:
Р­с'= F­с'­*V­привед ­, V = ?R­б

с = F­сб


Но в общем случае могут быть несколько рабочих машин.

При вращательном движении рабочего органа:
P­сi = M­ci*?­i
­Для поступательного движения:

P
­сi = F­сi*V­сi

Если левую и правую части разделить на ?­­пр­= ?­дв­ , получим

где

, - радиус приведения.

Разделив правую и левую части уравнения на V­пр , определим

.

Теперь мы имеем в двигателе какой-то приведенный момент и приведенную силу.

Динамический момент возникает только при изменении запаса кинетической энергии движущихся частей системы, т.е. при изменении скорости или момента инерции системы.

Приведенный статический момент можно записать таким образом:

,

где: ?­пр­ = ?­дв­ = ? .

Рассмотрим приведение моментов инерции.

До приведения кинетическая энергия была равна:

или


Приведение моментов инерции производится на основе равенства кинетической энергии до, и после приведения:

, т.е.

в правой части уравнения складываются кинетические энергии электромеханической системы. Но посчитать конкретную задачу мы можем для какой-то схемы.

= =



Часто необходимо найти приведенную массу. В этих случаях приведенная масса эквивалентной системы определяется также из условий равенства кинетической энергии реальной и эквивалентной систем.

=

=
П
ример 1.


Определим, чему будет равен момент статистический, приложенный к валу двигателя и момент инерции.
Весом каната пренебрегаем.





П
ример 2


; ;

=

;

=


=

Пример 3


; ;


\

/
После такого приведения можно пользоваться уравнением движения привода.

Обычно в паспорте для двигателей и рабочих механизмов даются величины моментов инерции. Но часто вместо момента инерции дается маховый момент, который надо привести к моменту инерции:

; []


3.3 ОПТИМАЛЬНОЕ ПЕРЕДАТОЧНОЕ ОТНОШЕНИЕ
При редких пусках привода скорость двигателя выбирается из условий получения наименьших первоначальных затрат. Чем больше номинальная скорость двигателя при заданной номинальной мощности, тем меньше его размеры и ниже стоимость, но при этом необходим редуктор. Наивыгоднейший вариант определяется минимальной стоимостью двигателя и редуктора.

При частых пусках большое значение имеет сокращение времени пуска и останова, оказывающих существенное влияние на производительность РМ и расход электроэнергии. При заданных скоростях ­рм и скорости двигателя длительность переходных процессов зависит от передаточного отношения редуктора.

П
оэтому возникает задача выбора оптимального передаточного отношения ­опт, при котором ускорение на рабочем органе будет наибольшим. Уравнение движения электропривода относительно вала рабочего механизма без учета потерь в передачах.

П
ринимая М­дв и М­рм = const, время пуска /  / и торможения / + /.

В выражении переменная величина . Для определения ­опт,




при котором t­пер.пр.­= min нужно найти производную

и приравнять ее к нулю.

Если пуск и торможение происходят при малых нагрузках или вхолостую.




или


З
аменяя ­опт ­= ­дв­/­рм ­­и деля на 2, получаем:

т.е. при оптимальном передаточном отношении запас кинетической энергии вращающихся частей РМ равен запасу кинетической энергии ротора двигателя.

Лекция № 4


    1. РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ


Назначение эл. машины заключается в сообщении рабочей машине механической энергии для выполнения работы или в торможении РМ. В первом случае эл. энергия преобразуется в механическую и создает вращающий момент. Такой режим называется двигательным. Вращающий момент и скорость двигателя при этом совпадают по направлению, и мощность на валу двигателя Р = М > 0. Характеристики двигателя находятся в І или ІІІ квадрантах, где знаки скорости и момента одинаковые, сле-довательно Р > 0. Обычно за положительное направление вращения принимают направление по часовой стрелке или направление, при котором механизм выполняет основную работу (ШПУ – подъем груза).

Чтобы снизить скорость или остановить машину , двигатель может быть отключен от сети. Торможение может происходить под действием сил сопротивления движению – режим свободного выбега. При любой скорости вращающий момент равен 0. Т.е. механическая характеристика двигателя совпадает с осью ординат.

Для более быстрого торможения направление момента эл. машины должно быть противоположным направлению скорости. Такой режим называется тормозным, а эл. машина работает в генераторном режиме Р = М < 0 . Механическая энергия от рабочей машины подводится к валу эл. машины и преобразуется в электрическую.

Характеристики во втором и четвертом квадрантах.


В общем случае существуют следующие режимы: пуск, работа при неизменной нагрузке сброс и наброс нагрузки, регулирование скорости, реверсирование, торможение с остановкой или без нее, КЗ и ХХ.
Режим работы, при котором нагрузка и скорость остаются постоянными / не зависят от времени/, называется установившимся режимом / процессом/.

М­д = 0 и М = М­с

Работа электропривода при изменении скорости или нагрузки называется переходным процессом. Любая рабочая машина при выполнении производственного процесса имеет переходный режим работы и статический, но их значение в зависимости от условий различно.

Для установок, работающих с постоянной скоростью и нагрузкой при редких пусках, длительность и характер переходных процессов пуска и торможения не играет существенной роли / вентиляторы, центральные компрессорные станции /. Наоборот, для приводов с частыми пусками характер переходных процессов имеет большое значение / ШПУ, экскаваторы/.

4.2 ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
Механической характеристикой эл. двигателя называется зависимость его угловой скорости от вращательного момента, т.е.

  f (M)

Механической характеристикой механизма называется зависимость скорости двигателя от приведенного статического момента:   f (Mс). Это статические механические характеристики.

Статическая механическая характеристика двигателя при питании его от сети с номинальными значениями параметров и отсутствии добавочных сопротивлений в цепях обмоток двигателя называется естественной. На ней находятся точки, соответствующие паспортным данным двигателя. Во всех остальных случаях / U  U­н и др./ характеристики называются искусственными.

По степени жесткости характеристики делятся на три класса: вводится коэффициент жесткости статической механической характеристики, равный отношению бесконечно малых приращений момента и скорости.




В большинстве случаев является величиной отрицательной, поэтому для оценки формы механической характеристики обычно указывают его абсолютное значение.



  1. абсолютно жесткая

характеристика

 =  (CМ)

2 - жесткая система

30 ч 40 <  < 


3 - двигатель постоянного тока с независимым и параллельным

возбуждением, а также асинхронные двигатели на рабочем участке характеристики (3).

4 - мягкая характеристика  < 30 ч 40 с большим падением

с
корости при возрастании нагрузки /МПТ последовательного возбуждения /.

Жесткость характеристики механизма:
Точка рабочего режима.
Рабочий режим - это такой режим, при котором статический момент и момент на валу равны.




M = M­ст­ ; то ;

 = ­уст­­

Механическая характеристика показывает, как меняется скорость вращения при различной нагрузке. Статическая составляющая момента двигателя уравновешивает момент, создаваемый нагрузкой, поэтому они равны по абсолютной величине, но противоположны по знаку, т.е. М­с ­=  М­р.м

­ Вычитая при одинаковых значениях скорости из момента двигателя абсолютную величину М­р.м , найдем зависимость между динамическим моментом и скоростью ( М­g) . При М­g=0 двигатель работает с установившейся скоростью c . При М­g<0

Лекция №1
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации