Кинематическая схема электропривода. Силы и моменты, действующие в системе электропривода
Федеральное агентство по образованию государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования
Пермский государственный технический университет
Кафедра «Микропроцессорных средств автоматизации»
Утверждено на заседании
кафедры «» 2010 г.
Заведующий кафедрой доцент
А. Б. Петроченков
Электрический привод
Конспект лекций для студентов дневной и заочной форм обучения специальности ЭС (электроснабжение)
Автор Столбов Б. М.
Рецензент к.т.н., доцент Ромодин А. В.
к.т.н., доцент Лыков А. Н.
Пермь 2010
Содержание
Введение. 3
1. Механика электропровода. 6
1.1 Кинематическая схема электропривода. Силы и моменты, действующие в системе электропривода. 6
1.2 Механические характеристики производственных механизмов при типовых нагрузках. 7
Для теории и практики электропривода большое значение имеют понятия механической характеристики рабочей машины. 7
1.3 Приведение J, Мс Fc, m и С – жесткостей упругих элементов к расчетной скорости и расчетные схемы механической части электропривода. 10
1.4 Уравнение движения и режимы работы электропривода как. 16
динамической системы. 16
2. Понятие об электромеханических и механических характеристиках и режимах работы двигателей. 20
3. Электромеханические свойства электродвигателей. 23
3.1 Естественные и искусственные электромеханические и механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения. 23
|
|
|
3.2 Тормозные режимы двигателя независимого возбуждения. 30
Торможение с рекуперацией энергии в сеть. 30
Торможение противовключением. 32
Динамическое торможение. 35
3.3 Расчет механических характеристик двигателя независимого возбуждения 36
3.4 Расчет сопротивлений для якорной цепи ДНВ.. 37
3.5 Естественные и искусственные механические характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения (ДПВ) 42
3.6 Тормозные режимы двигателей последовательного возбуждения. 48
3.7 Расчет искусственных электромеханических и механических характеристик ДПВ. 53
3.8 Расчет пусковых сопротивлений для якорной цепи ДПВ.. 55
3.9 Электромеханические свойства двигателя постоянного тока смешанного возбуждения (ДСВ) 57
3.10 Расчет тормозных сопротивлений для двигателей постоянного тока. 59
3.11 Естественные механическая и электромеханическая характеристика асинхронного двигателя (АД) 62
3.12 Искусственные механические характеристики АД при изменении параметров цепей двигателя и питающей сети. 67
3.13 Тормозные режимы асинхронного двигателя. 71
3.14 Расчет естественной и искусственных механических характеристик АД.. 78
|
|
|
3.15 Расчет сопротивлений для роторной цепи АД.. 81
3.16 Электромеханические свойства синхронного двигателя СД.. 84
4. Переходные режимы электроприводов. 89
4.1 Общая характеристика переходных режимов электроприводов, их классификация и понятие об оптимальных переходных процессах. 89
4.2 Уравнения электромеханического переходного процесса электропривода с линейной механической характеристикой при Мс=const и ω0=const 93
4.3 Переходный процесс электропривода с линейной механической характеристикой при одно – и многоступенчатом пуске в случае Мс=const; ω0=const 95
4.4 Переходные процессы электропривода с линейной механической характеристикой при Мс=const; ω0=const в тормозных режимах. 99
4.5 Переходные процессы электропривода с линейной механической характеристикой при ω0=const, Мс=f(ω) 103
4.6 Графический метод интегрирования уравнения движения (метод пропорций) 105
4.7 Переходные процессы электропривода с линейной механической характеристикой при ω0=f(t) и Mc=const 107
4.8 Переходный процесс в электроприводе с двигателем независимого возбуждения при изменении магнитного потока. 110
5. Регулирование координат электропривода. 115
5.1 Требования к координатам электропривода и формированию его статических и динамических характеристик. 115
|
|
|
5.2 Основные показатели способов регулирования координат электропривода 115
5.3 Системы управляемый преобразователь – двигатель (УП–Д) 120
5.4 Система генератор–двигатель постоянного тока (Г–Д) 120
5.5 Расчет статических механических характеристик в системе Г-Д.. 126
5.6 Система тиристорный преобразователь – двигатель (ТП–Д) 127
5.7 Торможение и реверсирование двигателя в системе ТП-Д и статические механические характеристики реверсивного вентильного электропривода постоянного тока. 133
5.8 Расчет статических механических характеристик в системе ТП-Д.. 139
5.9 Коэффициент мощности и основные технико-экономические показатели системы ТП-Д.. 140
5.10 Законы частотного регулирования асинхронными двигателями. 143
5.11 Статические механические характеристики АД, при частотном управлении с компенсацией падений напряжений. 146
5.12 Система ПЧ-АД с электромашинным и статическим преобразователем частоты и основные технико-экономические показатели. 152
5.13 Регулирование скорости АД в каскадных схемах. Принцип регулирования и понятие об электрическом и электромеханическом каскадах. 155
5.14 Каскад с асинхронным двигателем, работающим в режиме двойного питания 157
|
|
|
5.15 Каскады АД с машиной постоянного тока и вентильным преобразователем 161
5.16 Регулируемый электропривод переменного тока с вентильным двигателем (ВД) 166
6. Нагревание электродвигателей и основы их выбора по мощности. 171
6.1 Общие сведения о нагревании двигателей и нагрузочных диаграммах электроприводов. 171
6.2 Номинальные режимы работы электродвигателей. 174
6.3 Нагревание и охлаждение двигателей при длительном режиме работы с постоянной нагрузкой. 180
6.4 Нагревание двигателей при кратковременном режиме работы с постоянной нагрузкой. 183
6.5 Нагревание двигателей при повторно-кратковременном режиме работы 188
6.6 Предварительный выбор двигателей по мощности. 191
6.7 Проверка допустимой нагрузки двигателя по методу средних потерь. 192
6.8 Определение потерь и КПД двигателя при номинальной и неноминальной нагрузке. 195
6.9 Проверка допустимой нагрузки двигателя по методу эквивалентного (среднеквадратичного) тока. 196
6.10 Проверка допустимой нагрузки двигателя по методам эквивалентного момента и эквивалентной мощности. 199
6.11 Выбор мощности двигателя для работы с длительной неизменной нагрузкой 201
6.12 Выбор мощности двигателя для кратковременного режиме работы.. 203
6.13 Выбор мощности двигателя для повторно-кратковременного режима работы.. 205
6.14 Выбор двигателей для работы в режимах S4 ¸ S8 и выбор преобразователей для регулируемых электроприводов. 208
6.15 Особенности выбора мощности АД с к.з. ротором и определение допустимого числа включений их в час при повторно-кратковременном режиме работы.. 209
7. Энергетика электроприводов. 211
7.1 Потери энергии при установившемся режиме работы нерегулируемого электропривода. 211
7.2 Потери мощности и энергии в установившемся режиме регулируемого электропривода. 213
7.4 Потери энергии при переходных процессах в нерегулируемом электроприводе. 218
7.5 Потери энергии при переходных процессах в регулируемом электроприводе и способы уменьшения потерь энергии. 225
8. Принципы автоматизации процессов. 231
Использованная литература. 237
Введение
Понятие об электроприводе, его назначение и функции. Структура и основные элементы современного электропривода. Типы электроприводов и особенности развития электропривода.
Электроприводом называется электромеханическая система, служащая для приведения в движение рабочих органов механизмов и управления их технологическим процессом. Блок схема электропривода как объекта управления может быть представлена в следующем виде:
 |
Система управления (СУ) электроприводом состоит из энергетической части и информационной части. Энергетическая часть – это преобразовательное устройство, назначение которого – управление потоком энергии, поступающим из сети, с целью регулирования режимами работы двигателя и механизма. Преобразовательное устройство позволяет расширить гибкость управления, позволяет придать характеристикам электропривода нужный вид, что достигается или путем преобразования переменного напряжения промышленной частоты в постоянное (выпрямленное) напряжение, или в переменное напряжение, но другой частоты.
Информационная часть СУ предназначена для фиксации и обработки поступающей информации от ЗУ и ДОС (сравнения сигналов от ЗУ и ДОС). На основе этой информации вырабатываются сигналы управления преобразовательным устройством и двигателем. Сама же СУ обеспечивает электроприводу необходимые статические и динамические свойства.
Передаточное устройство (передаточный механизм) служит для изменения скорости или вида движения (из вращательного в поступательное или наоборот). К передаточному устройству относятся: редукторы, кривошипно-шатунные механизмы, зубчато-реечные или клино-ременные передачи, барабаны с тросами и т.п..
Основной функцией простейшего не автоматизированного электропривода, состоящего только из электродвигателя, питаемого непосредственно от сети, и система управления которого включает в себя пакетный выключатель, или магнитный пускатель, является приведение в движение рабочего механизма с неизменной скоростью.
Автоматизированные электроприводы, имеющие систему автоматического управления, выполняют более широкие функции, обеспечивая рациональное ведение технологического процесса, более высокую производительность механизма при лучшем качестве выпускаемой продукции.
В зависимости от схемы передачи энергии от сети к рабочим органам механизмов различаются три типа электроприводов:
1.Групповой (трансмиссионный).
2.Однодвигательный или индивидуальный.
3.Многодвигательный (тоже индивидуальный).
Групповой электропривод представляет собой систему, в которой один электродвигатель посредством системы шкивов и ремней (трансмиссий) приводит в движение группу рабочих машин или группу рабочих органов одной машины, как показано на приведенном рисунке. В такой системе невозможно регулирование отдельных машин воздействием на двигатель. В настоящее время такой электропривод практически не применяется и представляет интерес лишь с точки зрения истории развития электропривода.
Однодвигательный электропривод представляет собой систему, в которой каждая рабочая машина приводится в движение отдельным, связанным только с ней электродвигателем, как изображено на следующем рисунке.
Примером применения однодвигательного электропривода являются простые металообрабатывающие станки и другие несложные механизмы. Во многих случаях привод осуществляется от электродвигателя специального исполнения, конструктивно представляющего одно целое с самим механизмом. Характерным примером полного совмещения двигателя с рабочим органом механизма является электрорубанок, электрическая дрель.
Можно назвать также электрическую таль, двигатель-ролик (рольганг), применяемый в металлургической промышленности на прокатных станах. Здесь неподвижный статор с обмоткой располагается внутри рольганга, а сам ролик является ротором.
В случае однодвигательного электропривода имеется возможность электрическими методами (воздействием на электродвигатель) регулировать скорость каждой из машин и автоматизировать их работу. При этом значительно сокращается путь передачи энергии от сети к рабочим органам, помещения освобождаются от тяжелых трансмиссий, шкивов, ремней, резко снижается вероятность несчастных случаев. Для механизмов с одним рабочим органом возможен выбор для электропривода двигателя с характеристиками, наиболее полно удовлетворяющим требованиям производственного процесса. Поэтому в настоящее время этот тип электропривода является основным и имеет наибольшее применение.
Однако, при однодвигательном электроприводе машин с несколькими рабочими органами внутри машины еще сохраняется система механического распределение энергии (посредством шестерен и т.п.) с присущей ей недостатками. Поэтому в современных машинах подобного рода широко применяется многодвигательный электропривод, при котором каждый рабочий орган приводится в движение отдельным электродвигателем. Такие электроприводы применяются, например, в сложных металлообрабатывающих станках, бумагоделательных машинах, прокатных станах, электрических экскаваторах. При этом значительно упрощается кинематическая схема машины.
Особенностями развития электропривода на современном этапе является расширение областей применения частотно-регулируемого электропривода переменного тока и вентильного электропривода постоянного тока, расширение и усложнение его функций, связанных с управлением технологическими процессами и соответствующее усложнение систем управления (САУ), повышение требований к динамическим и точностным показателям, увеличение быстродействия, надежности, экономичности, снижение габаритов.
Особенностью развития электропривода является также унификация его элементной базы, создание унифицированных комплектных тиристорных и транзисторных электроприводов, удовлетворяющими требованиям широкого круга механизмов.
Одним из проявлений развития регулируемого электропривода является тенденция к упрощению кинематических схем машин и механизмов, за счет создания безредукторного электропривода с использованием специальных тихоходных двигателей, имеющих номинальную скорость вращения 18-120 оборотов в минуту. Область применения – мощные электроприводы прокатных станков, шахтных подъемных машин, скоростных лифтов, основных механизмов экскаваторов.
Механика электропровода
Кинематическая схема электропривода. Силы и моменты, действующие в системе электропривода
Электропривод кроме электрической части включает в себя и механическую часть, которая передает механическую энергию от двигателя к исполнительному механизму. Конструктивно механическая часть может быть выполнена различно. Тем не менее, она содержит определенные звенья с общими для различных электроприводов функциями. Непосредственное представление о движущихся массах установки электропривода и механических связях между ними дает кинематическая схема.
Кинематические схемы конкретных электроприводов бесконечно многообразны, однако обладают общими особенностями, которые можно показать на примере схемы, изображенной на следующем рис. 1.1 и содержащей “n” вращающихся и “k” поступательно движущих масс.
Здесь двигатель Дв через соединительную муфту СМ1, клиноременную передачу КРП, ряд зубчатых передач ЗП и соединительную муфту СМ2 приводит во вращение барабан, преобразующий вращательное движение в поступательное перемещение груза массой mгр. Каждый вращающийся элемент обладает моментом инерции J и связан с соответствующими соседними элементом механической связью, обладающей жесткостью С. Поступательно движущиеся элементы (ремни, канат) также обладают жесткостью. При нагружении элементы системы (валы, зубчатые колеса, клиноременные передачи и т.п.) деформируются, т.к. механические связи не являются абсолютно жесткими.
Необходимо знать, что жесткость вращающегося упругого элемента определяется величиной момента, необходимого для его закручивания на 1 радиан, а жесткость поступательно движущегося элемента определяется величиной усилия, необходимого для растягивания или сжатия упругого элемента на 1 метр.
Рабочий орган производственного механизма реализует подведенную к нему механическую энергию в полезную работу. Он обычно является потребителем энергии. Но в ряде случаев он является и источником энергии, отдавая ее двигателю (например, на грузоподъемных установках).
Движение электропривода в установившемся режиме определяется действием двух моментов: электромагнитного момента М двигателя и момента Мс, препятствующего движению, т.е. так называемого момента сопротивления, который определяет статическую нагрузку электропривода. В переходах (неустановившихся) режимах появляется еще так называемый динамический момент Мg.
В зависимости от причины, обуславливающей возникновение Мс, различают реактивные и активные (потенциальные) Мс.
Реактивные силы и моменты сопротивления появляются только вследствие движения, следовательно, они зависят от скорости. Они всегда препятствуют движению и изменяют свой знак при изменении направления движения. К таким моментам относятся моменты от трения, резания металла или дерева и т.п., момент холостого хода, создаваемый в самом двигателе.
В противоположность реактивным активные моменты сопротивления не изменяют свой знак при изменении направления движения, т.е. при одном направлении вращения двигателя они препятствуют движению (например, при подъеме груза), а при другом направлении движения – способствует, т.е. могут рассматриваться как движущие (например, при спуске груза).
По характеру влияния на механические колебания все силы и моменты делятся на консервативные и диссипативные. Консервативными называются силы и моменты, при воздействии которых на систему не происходят поглощения энергии колебаний (например, сила тяжести, работа которой за период колебаний равна нулю). Диссипативные силы и моменты – это те, при воздействии которых на систему происходит поглощении энергии колебаний (например, момент или сила трения).
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 297; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!