Учебное пособие: Методические указания и домашняя контрольная работа учебной дисциплины «Электрический привод»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Рабочая программа, методические указания и домашняя контрольная работа учебной дисциплины «Электрический привод» предназначена для реализации государственных требований к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по специальности 1806 «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования» и является единой для всех форм обучения: очной, заочной, а также для всех видов и типов образовательных учреждений, реализующих основные профессиональные образовательные программы среднего профессионального образования.

Учебная дисциплина «Электрический привод» является общепрофессиональной для специальности 1806.

В результате изучения учебной дисциплины студент должен:

иметь представление:

-о роли и месте учебной дисциплины в основной профессиональной образовательной программе данной специальности и в сфере профессиональной деятельности техника;

-о роли электрического привода в производстве;

-о тенденциях и перспективах развития электрических машин;

-о назначении и областях применения электрического привода;

знать:

-механику электропривода;

-режимы работы электродвигателей;

-естественные и искусственные характеристики электродвигателей;

-основные способы регулирования угловой скорости электроприводов постоянного и переменного тока;

-методику расчета пусковых и регулировочных сопротивлений;

-общие сведения о переходных процессах;

-методику расчета мощности двигателя при различных режимах работы;

-принцип действия и конструкцию релейно-контактной и бесконтактной аппаратуры управления электроприводами;

-условные графические обозначения электрооборудования, применяемые при выполнении схем;

уметь:

-анализировать процессы, происходящие в электроприводе, в различных режимах работы;

-производить необходимые расчеты пусковых и регулировочных сопротивлений, естественных и искусственных электромеханических и механических характеристик;

-определять мощность электродвигателей по нагрузочным диаграммам производственных механизмов;

-выбирать электрические двигатели и аппаратуру, пользоваться каталогами и справочниками;

-свободно читать электрические схемы управления электроприводами;

получить практические навыки:

-выполнения экспериментов по лабораторному исследованию электроприводов постоянного и переменного тока;

-выполнения и налаживания несложных электрических схем управления электроприводами;

-обработки результатов экспериментальных исследований с целью построения основных характеристик электропривода;

-соблюдения мер безопасности при работе с электрооборудованием;

При изучении дисциплины «Электрический привод» необходимо обратить внимание студентов на ее прикладной характер, показывать, где и когда изучаемые теоретические положения и практические умения могут быть использованы в будущей практической деятельности.

Основная форма изучения курса – самостоятельная работа над учебной литературой и материалами периодической печати, технической документацией.

Изучение дисциплины следует начинать с изучения литературы, указанной в каждой теме. При этом необходимо внимательно прочитать ее от начала до конца, найти в рекомендуемой литературе нужные параграфы и проработать их.

Для текущего контроля качества усвоения дисциплины студент должен представить в техникум одну домашнюю работы (ДКР).

Каждая контрольная работа должна быть выполнена в отдельной школьной тетради в клетку разборчивым рукописным текстом чернилами синего цвета. Выполнение чертежей на миллиметровой бумаге карандашом или чернилами черного цвета.

Тексты условий необходимо переписать полностью, рисунки должны быть выполнены четко в соответствии с требованиями ГОСТов технического черчения.

Решение задач следует делить на пункты. Каждый пункт должен иметь подзаголовок с указанием, что и как определяется, по каким формулам, на основе каких теорем, законов и правил.

Преобразования формул необходимо производить в общем виде, а уж затем подставлять исходные данные. Порядок подстановки числовых значений должен соответствовать порядку расположения в формуле буквенных обозначений этих величин.

Выполненную ДКР следует своевременно предоставить в техникум.

После получения зачтенной работы, студент должен изучить все замечания, ошибки и доработать материал.

В техникуме, во время сессии для студентов-заочников будут прочитаны обзорные лекции и проведены лабораторно-практические занятия. В межсессионный период проводятся консультации.

ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1. Определение момента инерции привода по методу свободного выбега.

2. Исследование механических характеристик электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения в различных режимах.

3. Исследование нагрузочных диаграмм электродвигателя.

4. Исследование реверсивной схемы управления трехфазного асинхронного двигателя с торможением при помощи противовключения.

5. Исследование замкнутой схемы электропривода.

ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ

1. Приведение статических моментов и моментов инерции.

2. Построение и расчет механической характеристики в двигательном режиме независимого возбуждения.

3. Расчет регулировочных и тормозных сопротивлений ДПТ независимого возбуждения аналитическим и графоаналитическим способом.

4. Расчет пускового реостата и время разгона электрического привода.

5. Расчет механических характеристик асинхронного электродвигателя. Выбор резисторов.

6. Изучение образцов ременно-контактной аппаратуры.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Введение

Понятие об электроприводе и его назначение. Исторический обзор развития электропривода. Типы электроприводов. Значение электропривода и его автоматизации для повышения производительности труда. Вопросы механизации и автоматизации производственных процессов. Современное состояние электропривода и перспективы его развития.

Литература: [1] стр. 4-5 , [3] стр. 4-6.

Методические указания

Знакомясь с развитием электропривода, необходимо обратить внимание на работы русских и советских ученых в области использования электродвигателей для привода производственных машин и механизмов. Изучая современное состояние электропривода, необходимо четко уяснить значение автоматизации электропривода в облегчении труда человека, повышении производительности труда, улучшении качества выпускаемой продукции, улучшении санитарно-гигиенических условий производства, обеспечении безопасности работы. Учащийся должен изучить основные направления развития электропривода.

Вопросы для самоконтроля

1. Что сделали русские ученые М. О. Доливо-Добровольский, Б. С. Якоби, В. Н. Чиколев в области развития электропривода?

2. Какие существуют типы электроприводов? Какие достоинства имеет многодвигательный электропривод?

3. Каковы основные направления развития электропривода в настоящее время?

РАЗДЕЛ 1. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Тема 1.1. Механика электропривода

Механические звенья электропривода. Статические моменты сопротивления: активные и реактивные. Основное уравнение движения электропривода и его виды. Момент инерции. Динамические моменты. Приведение статических моментов, моментов инерции и поступательно движущихся масс к одному валу движения. Понятие о механических характеристиках.

Литература: [1] стр. 6-15 , [3] стр. 7-16.

Методические указания

Прежде чем начинать изучение темы, следует повторить вопросы из предмета «Основы технической механики», касающиеся поступательного и вращательного движения твердого тела, вспомнить, что такое момент инерции, запас кинетической энергии, передаточное отношение. При изучении основного уравнения движения необходимо уяснить, что моменты могут быть положительными и отрицательными.

Принято считать вращающий момент двигателя положительным, если его направление совпадает с направлением движения, и отрицательным - при противоположном направлении.

В соответствии с этим и момент статического сопротивления также может быть как положительным, так и отрицательным.

Если твердое тело вращается с изменяющейся по величине угловой скоростью, то имеет место действие динамического момента, связанного с изменением запаса кинетической энергии вращающегося тела. Динамический момент имеет знак, определяемый алгебраической разностью вращающего момента и момента статического сопротивления.

Исходя из указанного, двигатель в любом тормозном режиме развивает отрицательный момент (момент двигателя направлен против движения), а знак момента статического сопротивления зависит от его характера: реактивный статический момент (трение, сопротивление резанию металла, дерева и т. п.) всегда имеет знак «минус», а знак потенциального (активного) момента (например, момент от груза на барабане подъемного механизма) зависит от направления вращения.

При изучении вопроса о приведении моментов к одному валу (обычно к валу двигателя) следует уяснить, что «привести момент нагрузки к валу двигателя» - значит определить момент на валу двигателя при известном моменте на валу производственной машины, связанной с двигателем ускоряющей или замедляющей передачей.

Величина приведенного момента будет зависеть от общего передаточного отношения передачи: чем оно больше, тем меньше приведенный момент по сравнению с приводимым.

Приведение моментов статического сопротивления производится на основании равенства статических мощностей двигателя и производственной машины с учетом потерь в передаче.

Р_с.д. = (1)

Приведение моментов инерции (маховых моментов) производится на основании равенства запаса кинетической энергии реальной системы электропривода с производственной машиной и некоторой эквивалентной массы, находящейся на валу двигателя и вращающейся с угловой скоростью вала двигателя.

Момент инерции (маховой момент) эквивалентной массы будет искомым приведенным моментом

J_пр. (2)

где J_пр – приведенный момент инерции. Левая часть равенства выражает кинетическую энергию эквивалентной массы (при вращательном движении), а правая - суммарную кинетическую энергию звеньев реальной системы с производственной машиной. Приведение маховых моментов производится подобным образом с учетом того, что GD ² = 4 gJ , а в системе СИ GD ² =4 J ,

где J — момент инерции; GD ² — маховой момент; g — ускорение силы тяжести.

Практически момент инерции и маховой момент электропривода наиболее удобно определять методом свободного выбега, с которым можно ознакомиться по книге В. М. Андреева и Ю. А. Сабинина «Основы электропривода». ГЭИ, 1962.

Полученные теоретические сведения должны быть закреплены выполнением лабораторной работы № 1.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие различают статические моменты сопротивления, чем характеризуется каждый из них?

2. Каков физический смысл составляющих уравнения движения?

3. Каково соотношение между моментом инерции и маховым моментом?

4. Каковы условия приведения к валу двигателя статических и динамических моментов?

5. Как определяется общий приведенный момент, если система электропривода с производственной машиной имеет и вращающиеся и поступательно движущиеся звенья?

6. Как определяется общее передаточное отношение передачи?

7. Как приближенно производится приведение маховых моментов к валу двигателя?

8. Как зависит приведенный момент от общего передаточного отношения передачи?

9. Какой знак имеет динамический момент при ускорении электропривода, при замедлении?

10.Как определяется общий КПД передачи, если известны КПД отдельных звеньев?

Тема 1.2. Режимы работы и характеристики

электродвигателей постоянного тока

Основные схемы включения и режимы работы электродвигателей. Основные соотношения, базовые или относительные величины. Механические и скоростные характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения в различных режимах работы. Характеристики при введении в цепь якоря сопротивления (реостата), при ослабленном магнитном потоке, при питании цепи якоря пониженным напряжением, при шунтировании обмотки якоря.

Механические и скоростные характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения в различных режимах работы. Характеристики при введении в цепь якоря сопротивления. Характеристики при шунтировании обмотки якоря.

Литература: [1] стр. 15-36 , [3] стр. 17-40.

Методические указания

Перед изучением темы следует восстановить в памяти принципиальные схемы включения двигателей постоянного тока, их характеристики, зависимость скорости вращения от напряжения, сопротивления цепи якоря, величины магнитного потока и другие вопросы, изученные в курсе «Электрические машины». Правильный выбор двигателя по мощности и способу возбуждения имеет решающее значение для производительной работы производственной машины или механизма. Электропривод должен наиболее полно удовлетворять требования производственной машины в отношении как статической нагрузки, так и переходных режимов: пуск, регулирование скорости, торможение, реверсирование.

Основным критерием при выборе типа двигателя для производственной машины являются его электромеханические свойства.

Основной характеристикой для оценки электромеханических свойств электродвигателя является механическая характеристика, представляющая собой зависимость n = f ( M ) или ω = f ( M ). Иногда используется

так называемая скоростная характеристика, представляющая собой зависимость n = f ( I ) или ω = f ( I ). Механическая характеристика может быть представлена аналитически в виде уравнения и графически.

При изучении механических характеристик прежде всего необходимо разобраться в уравнении этой характеристики, усвоить смысл величин с_е =к_е Ф, с_м = к_м Ф и скорости идеального холостого хода. Необходимо иметь в виду, что момент двигателя М является электромагнитным моментом.

Для практических расчетов с достаточной точностью электромагнитный момент принимают равным моменту на валу. Величины k _е и k _м могут быть определены по конструктивным данным машины, но проще их определить по каталожным данным. При неизменном магнитном потоке в системе СИ

с_е =с_м =с=к_ф = (3)

Так как механическая характеристика двигателя с параллельным или независимым возбуждением является прямолинейной, то она может быть построена по двум точкам.

Механическая характеристика двигателей с последовательным и смешанным возбуждением не имеет аналитического выражения, так как магнитный поток последовательной обмотки возбуждения изменяется вместе с изменением нагрузки, причем зависимость Ф = f ( I ) нелинейна.

Естественная характеристика этих двигателей дается заводом-изготовителем. При построении искусственных характеристик двигателей с последовательным и смешанным возбуждением следует сначала построить по каталожным данным естественную характеристику.

Искусственные характеристики могут быть построены, исходя из пропорциональности скорости вращения и ЭДС двигателя.

При I = const и Ф = const , где индексы «е» и «и» соответствуют координатам естественной и искусственной характеристик.

Скорость на искусственной характеристике

w _и = w _е × (4)

или в относительных величинах

w _{и *} = w _{е *} × (5)

где г_дв - внутреннее сопротивление двигателя; r - заданное внешнее сопротивление.

Из курса «Электрические машины» известно, что электрическая машина обратима, т. е. может работать не только в двигательном, но и в генераторном режиме.

Генераторные режимы в электроприводах используются для торможения. Учащемуся необходимо, разбирая тормозные режимы, четко уяснить физическую сторону процесса, разобраться в направлении токов в генераторных режимах относительно приложенного напряжения или относительно направления тока в двигательном режиме. Необходимо уяснить, от чего зависит длительность процесса торможения. Необходимо также уяснить, что для двигателя с параллельным возбуждением аналитическое выражение механической характеристики в тормозных режимах можно получить из уравнения механической характеристики двигательного режима.

Так, например, для режима динамического торможения двигателя с параллельным или независимым возбуждением уравнение механической характеристики будет иметь вид

w = - (6)

Так как в уравнении механической характеристики

w = (7)

Величина U=0 ( якорь двигателя отключается от сети и замыкается на резистор).

Разобрав способы получения искусственных характеристик двигателей постоянного тока, необходимо научиться их строить в системе координат с соблюдением выбранного масштаба скорости вращения и момента.

Говоря о тормозном режиме двигателя с последовательным возбуждением, необходимо помнить, что двигатель с последовательным возбуждением нельзя перевести в генераторный рекуперативный режим повышением скорости, так как двигатель не имеет конечной скорости идеального холостого хода.

Вопросы для самоконтроля

1. Что называется механической характеристикой электродвигателя?

2. Какая механическая характеристика называется естественной и какая – искусственной?

3. Что такое перепад скорости?

4. Как определить скорость идеального холостого хода двигателя с параллельным или независимым возбуждением?

5. Начертить (принципиально, без расчета) механические характеристики двигателя с параллельным возбуждением в двигательном режиме:

а)при U = const , Ф= const и R _доп = var ;

б)при U = var , Ф= const и R _доп = 0 ;

в)при U = const , Ф= var и R _доп = 0.

6. Начертить (без расчета) естественную характеристику двигателя с последовательным возбуждением, объяснить ее.

7. Как перевести двигатель с параллельным возбуждением в генераторный рекуперативный режим? Начертить характеристики этого режима, объяснить физическую сущность процесса торможения.

8. Какими способами можно перевести двигатель с параллельным возбуждением в режим противовключения? Начертить механические характеристики, объяснить физическую сторону процесса торможения.

9. Какими способами можно перевести двигатель с последовательным возбуждением в режим динамического торможения? Дать сравнительную оценку способам перевода.

10. Начертить (без расчета) характеристики двигателя параллельного возбуждения при шунтировании якоря. Объяснить сущность происходящего процесса и вид характеристик.

11. Почему двигатель с последовательным возбуждением нельзя перевести повышением скорости якоря в режим рекуперативного торможения?

Тема 1.3. Режим работы и характеристики

электродвигателей переменного тока

Уравнение механической характеристики асинхронного двигателя. Перегрузочная способность. Механические характеристики при введении в цепь ротора сопротивления, при питании пониженным напряжением. Механические характеристики в тормозных режимах: генераторном с отдачей энергии в сеть, противовключении, динамическом. Ограничение пусковых токов. Механическая и угловая характеристики синхронного двигателя. Перегрузочная способность. Пуск синхронных двигателей. Форсировка возбуждения. Регулирование реактивной мощности.

Литература: [1] стр. 36-58 , [3] стр. 58-90.

Методические указания

Успешное изучение темы возможно только при знании соответствующих тем курса «Электрические машины». При изучении механических характеристик асинхронного двигателя учащийся прежде всего должен уяснить смысл тех величин, которые входят в уравнение механической характеристики: критического момента, критического скольжения, приведенного активного и реактивного сопротивлений цепи ротора. Для построения механической характеристики асинхронного двигателя по каталожным данным необходимы величины: Р_н - номинальная мощность, п_н - номинальная скорость вращения, l= - кратность максимального момента. Пользуясь этими величинами, по известным формулам определяют: М_н — номинальный момент двигателя, s_H — номинальное скольжение, М_к — критический момент.

Воспользовавшись уравнением механической характеристики для номинального режима (сопротивлением обмотки статора пренебрегают и, следовательно, считают q = 0), определяют критическое скольжение

(8)

После этого, задаваясь скольжением s, по уравнению механической характеристики подсчитывают соответствующие моменты М и строят характеристику M = f ( s ). Для построения характеристики n = f ( M ) скольжение выражается через скорость вращения

n —n_c (l—s), (9)

где n_c – синхронная скорость двигателя.

Имея в виду, что w = можно построить механическую характеристику w = f ( M ).

Искусственную характеристику асинхронного двигателя с фазным ротором при введении в цепь ротора добавочного сопротивления можно построить по выражению

S₁ ^¢ = S₁ (10)

где S ^¢ ₁ – скольжение на искусственной характеристике при некотором моменте нагрузки М₁ ; Si - скольжение на естественной характеристике при том же моменте М₁ ; S ' _K и S_{K 1} - критические скольжения при работе двигателя на искусственной и естественной характеристиках соответственно.

Асинхронный двигатель может работать в тех же генераторных режимах, что и двигатель постоянного тока. Учащемуся следует уяснить, какими способами можно перевести асинхронный двигатель в генераторный режим, разобрать физическую сторону происходящих явлений. Особенно надо обратить внимание на режим динамического торможения. При этом следует рассмотреть способы соединения обмоток статора при динамическом торможении.

Рассматривая способы пуска асинхронных двигателей, следует иметь в виду, что современные электрические сети имеют достаточно большую мощность. Это позволяет короткозамкнутые двигатели пускать прямым включением в сеть. С целью ограничения пускового тока, если это требуется, или с целью получения необходимых пусковых характеристик в цепь статора включаются активные сопротивления, дроссели, автотрансформаторы. При этом не следует забывать, что включение сопротивлений в цепь статора вызывает снижение напряжения на обмотках, а следовательно, и значительное снижение вращающего момента.

При изучении механических характеристик синхронных двигателей следует уяснить значение угловой механической характеристики, дающей представление о характере изменения вращающего момента двигателя. Следует обратить внимание на соотношение пускового и входного моментов двигателя при асинхронном пуске. Способы пуска синхронного двигателя те же, что и асинхронного короткозамкнутого, но в виду их большей мощности ограничение пусковых токов производится чаще. Способность синхронного двигателя создавать в сети опережающие токи используется для компенсации реактивной мощности. Отдаваемая в сеть реактивная мощность используется для возбуждения асинхронных двигателей, трансформаторов, аппаратов и других потребителе, имеющих обмотки.

Вопросы для самоконтроля

1. Написать уравнение механической характеристики асинхронного двигателя, объяснить смысл входящих в него величин.

2. Начертить естественную характеристику асинхронного двигателя, указать характерные точки и область устойчивой работы двигателя.

3. Начертить механические характеристики в режиме динамического торможения, в режиме противовключения, в рекуперативном режиме. Объяснить их положение в системе координат.

4. Объяснить процесс перехода двухскоростного двигателя с большей скорости на меньшую при переключении числа полюсов. Показать графически переход с одной механической характеристики на другую.

5. Какие существуют способы пуска асинхронных двигателей? Как зависит момент асинхронного двигателя от напряжения на обмотке статора?

6. Как изменяется вид механической характеристики асинхронного двигателя, работающего в двигательном режиме, при изменении сопротивления цепи ротора?

7. Как влияет величина постоянного тока в обмотке статора асинхронного двигателя при динамическом торможении на длительность процесса торможения и вид характеристики?

8. Написать уравнение угловой механической характеристики синхронного двигателя. Объяснить смысл входящих в него величин.

9. Начертить угловую механическую характеристику синхронного двигателя. Показать область устойчивой работы двигателя.

9. Что такое входной момент синхронного двигателя? Как он связан с пусковым моментом?

Тема 1.4. Регулирование скорости электроприводов

Регулирование скорости электроприводов с двигателями постоянного тока: изменением величины сопротивления в цепи якоря - реостатное регулирование; шунтированием обмотки якоря; ослаблением магнитного потока, изменением величины подводимого к якорю напряжения по системе генератор - двигатель, управляемый вентильный преобразователь - двигатель, магнитный усилитель - двигатель, с импульсным регулятором напряжения.

Регулирование скорости электроприводов с двигателями переменного тока: изменением величины сопротивления в цепи ротора - реостатное регулирование; изменением числа пар полюсов в двигателе; изменением частоты переменного тока; введением в цепь статора активных и реактивных сопротивлений, автотрансформаторов и вентильных регуляторов; каскадным включением асинхронных двигателей. Допустимая нагрузка на двигатели постоянного и переменного токов при работе их на искусственных (регулировочных) характеристиках.

Синхронное вращение электроприводов.

Литература: [1] стр. 58-89 , [3] стр. 66-77, стр. 99-100.

Методические указания

Многие технологические машины и механизмы в процессе работы требуют от электроприводов изменения скорости в большем или меньшем диапазоне, с той или иной степенью плавности, по тому или иному закону. Электропривод должен удовлетворять требованиям производственной машины. Удовлетворение этих требований обеспечивается правильным выбором типа двигателя, способа регулирования. Изучая тему, учащийся должен хорошо уяснить регулировочные свойства двигателей, способы регулирования скорости, их достоинства и недостатки. Прежде всего учащийся должен понять, что такое регулирование скорости, диапазон и плавность регулирования. Основные способы регулирования скорости двигателей постоянного тока видны из выражения для скоростной характеристики

w= (11)

При изменении величины напряжения U , подводимого к якорю, внешнего сопротивления r, величины магнитного потока Ф двигателя будет изменяться скорость его вращения. Регулирование сопротивлением в цепи якоря находит широкое применение в приводах подъемно-транспортных устройств. Оно просто осуществляется, но имеет существенные недостатки: неэкономичность, малый диапазон регулирования, неустойчивость при больших величинах внешних сопротивлений, отсутствие плавности. Чтобы это лучше представить, необходимо нарисовать механические характеристики двигателя при различных сопротивлениях цепи якоря и с помощью их рассмотреть эти вопросы.

Регулирование шунтированием обмотки якоря применяется главным образом для получения ползучей скорости. Достоинство этого способа заключается в том, что возможно получение жестких характеристик на малых скоростях и, следовательно, сравнительно устойчивой работы двигателя. Рассматривая данный способ регулирования, учащийся должен представить себе физическую сторону процесса и разобраться, почему возможно получение жестких характеристик при малых скоростях вращения. Регулирование ослаблением магнитного потока применяется в том случае, когда необходимо получение скоростей выше основной. Учащийся должен понять, почему каждой величине магнитного потока соответствует своя скорость идеального холостого хода и почему меньшему магнитному потоку соответствует более мягкая характеристика. Двигатели с последовательным возбуждением в принципе могут регулироваться теми же способами, но их регулировочные возможности значительно меньше.

Большое внимание учащиеся должны обратить на регулирование скорости изменением подводимого к якорю напряжения.

Этот способ применяется тогда, когда необходимо регулирование в широком диапазоне. В качестве питающего источника используются управляемые генераторы (системы Г-Д), управляемые преобразователи с использованием ртутных или газоразрядных вентилей (УРВ-Д), тиристоров (ТП-Д). Используются также магнитные усилители (МУ-Д) и электромашинные усилители (ЭМУ-Д). При изучении этого способа регулирования учащийся в первую очередь должен разобраться в регулировании скорости двигателя, работающего в незамкнутой системе Г-Д, усвоить, что практически бесступенчатое регулирование может производиться не только за счет изменения напряжения, подводимого к якорю, но и за счет изменения магнитного потока регулируемого двигателя. Полезно для какого-либо конкретного двигателя, питающегося от регулируемого генератора, построить естественную характеристику и сравнить ее с естественной характеристикой того же двигателя, питающегося от источника неизменного напряжения.

В незамкнутой системе Г-Д механические характеристики двигателя мягче, чем естественная характеристика двигателя, питающегося от источника неизменного напряжения.

Чтобы понять причину этого, следует рассмотреть уравнение механической характеристики двигателя, работающего в незамкнутой системе Г-Д.

Недостаточная жесткость характеристик не позволяет получить достаточно широкий диапазон регулирования.

Для получения более широкого диапазона следует иметь жесткие характеристики. Чем больше жесткость характеристики, тем шире диапазон регулирования при прочих равных условиях. Это положение учащийся должен хорошо понять. Получение жестких характеристик возможно путем введения в систему цепей обратных связей по различным параметрам. Учащийся должен рассмотреть принципиальные схемы с обратными связями, разобраться в направлениях действия намагничивающих сил цепей обратных связей относительно намагничивающей силы задающего элемента. Системы с обратными связями называются замкнутыми. Изучив регулирование в системе Г-Д, нетрудно понять и регулирование двигателя при питании его якоря от других преобразователей, так как принципы те же.

Асинхронные двигатели имеют худшие регулировочные свойства, чем двигатели постоянного тока.

Регулирование изменением величины сопротивления цепи ротора применяется в приводах подъемно-транспортных устройств. Этот способ имеет те же недостатки, что и регулирование двигателя постоянного тока изменением величины сопротивления цепи якоря: неэкономичность, малый диапазон регулирования, неустойчивость работы при больших сопротивлениях цепи ротора.

Регулирование изменением числа пар полюсов возможно только у двигателей, имеющих специальное исполнение обмотки статора, допускающее переключение на разное число пар полюсов.

Этот способ регулирования имеет тот серьезный недостаток, что скорость изменяется большими скачками, поэтому он часто применяется в сочетании с механическим способом регулирования.

Регулирование изменением частоты питающего напряжения может быть бесступенчатым, но оно имеет свои недостатки - необходимость иметь преобразователь частоты, вследствие чего увеличиваются капитальные затраты и эксплуатационные расходы, низкий КПД.

Этот способ удобен тогда, когда требуется регулировать несколько асинхронных двигателей одновременно в одинаковых пределах.

Регулирование скорости включением в цепь статора активных и реактивных сопротивлений, автотрансформаторов и вентильных регуляторов производится за счет изменения величины питающего напряжения. Учащийся должен вспомнить зависимость момента асинхронного двигателя от величины питающего напряжения и зависимость скольжения от напряжения, приложенного к статору при неизменном вращающем моменте,

В ряде случаев требуется синхронное вращение (вращение с одинаковой скоростью) двух или большего количества двигателей, не связанных механически, независимо от нагрузки каждого двигателя. Такие системы называются системами синхронного вращения или электрическим валом.

Учащийся при изучении этого вопроса должен понять, почему скорость двигателей сохраняется одинаковой при разных нагрузках их. Для этого необходимо уяснить, что при разных скоростях валов рабочих, двигателей ЭДС роторов вспомогательных машин будут сдвинуты не на 180°, как при одинаковых скоростях, а на угол, отличный от 180°. Вследствие этого в роторной цепи вспомогательных машин появятся результирующая ЭДС и уравнительный ток, который создаст моменты вспомогательных машин, действующие так, что скорости главных двигателей выравниваются.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое диапазон и плавность регулирования?

2. Какими способами можно регулировать скорость двигателей постоянного тока?

3. Каковы достоинства и недостатки каждого способа регулирования?

4. Почему при введении в цепь якоря добавочного сопротивления снижается скорость вращения?

5. В каких случаях применяется шунтирование якоря для изменения скорости двигателя?

6. Объяснить, почему двигатель постоянного тока независимого возбуждения, работающий в системе Г-Д, имеет более мягкую естественную характеристику, чем в том случае, когда он питается от источника неизменного напряжения.

7. Объяснить, как влияет жесткость механических характеристик двигателя постоянного тока на величину диапазона регулирования.

8. Какими способами можно регулировать скорость асинхронных двигателей? Каковы достоинства и недостатки каждого способа?

9. Какие системы синхронного вращения существуют? Когда они применяются?

10.Показать на механических характеристиках, как распределяется нагрузка между двигателями, работающими на один вал при различных жесткостях характеристик двигателей.

Тема 1. 5. Переходные процессы в электроприводах

Механические переходные процессы при линейных характеристиках двигателя и механизма. Электромеханическая постоянная времени. Определение времени переходного процесса при пуске и торможении привода. Изменение величины тока, момента и скорости двигателя при переходном процессе. Понятие о переходных процессах в различных системах регулирования скорости. Способы формирования переходных процессов требуемого качества.

Литература: [1] стр. 90-102 , [3] стр. 78-79, стр. 92-99.

Методические указания

Многие производственные машины в силу особенностей технологического процесса требуют регулирования скорости, остановки, повторного пуска, изменения нагрузки.

Переходным режимом электропривода называется режим работы при переходе от одного установившегося состояния к другому, когда изменяются скорость, момент и ток. Правильный выбор мощности двигателя возможен во многих случаях только при учете переходных режимов. Особенно это справедливо для приводов повторно-кратковременного режима работы двигателя, когда время переходных процессов составляет значительную долю в общем времени работы.

Изучая тему, учащийся должен уяснить, от каких величин, характеризующих работу электропривода, зависит длительность переходного процесса.

Скорость протекания переходного процесса характеризуется так называемой электромеханической постоянной времени Т_м . Эта величина определяет темп изменения скорости, тока и момента во время переходного процесса.

Электромеханическая постоянная времени Т_м представляет собой время, в течение которого происходит ускорение электропривода, имеющего момент инерции J, из неподвижного состояния до скорости ω при М = М_К = const и М_с =0. Учащемуся следует на эту величину обратить особое внимание. Полезно разобрать по учебнику графики изменения скорости ω = f ( t ) и момента M = f ( t ) при переходном процессе. Величина электромеханической постоянной времени может быть определена только для приводов с линейной механической характеристикой (двигатели постоянного тока с параллельным возбуждением и асинхронные двигатели с фазным ротором - в пределах рабочей части характеристики). Для таких приводов может быть применен аналитический способ расчета переходных процессов. Учащийся должен иметь в виду, что продолжительность переходных процессов зависит не только от Т_м , но и от электромагнитной постоянной времени Т_э , характеризующей скорость протекания электромагнитного процесса изменения тока в обмотках возбуждения электрических машин и электромагнитных аппаратах управления приводом. В некоторых реверсивных приводах Т_Э >Т_М и, следовательно, общая продолжительность переходного процесса определяется длительностью электромагнитных процессов.

В этих случаях для уменьшения продолжительности переходных процессов прибегают к форсировке возбуждения. Учащийся должен разобраться в принципах форсировки, для чего полезно рассмотреть кривые i _возб = f ( t ) при форсировке и без нее. Изучение переходных процессов при пуске, торможении и реверсе в системе Г-Д следует начинать с изучения переходных процессов в цепи возбуждения. Для этого необходимо рассмотреть закон изменения тока возбуждения при включении обмотки на напряжение, представить его графически. Затем нужно изучить способы форсирования этого процесса: включение добавочного сопротивления, применение возбудителя с противокомпаундной обмоткой, применение форсировочиого сопротивления.

При рассмотрении переходных процессов при торможении в рекуперативном режиме следует уяснить, что ток возбуждения и ЭДС генератора быстро снижаются, и он переходит в двигательный режим, а двигатель, ЭДС которого во время торможения становится больше ЭДС генератора, в генераторный. Учащийся должен понять качественную сторону этого процесса, не вдаваясь в количественные соотношения. Реверсирование в системе Г-Д производится изменением полярности напряжения возбуждения генератора.

При реверсе процесс состоит из двух частей: торможения и последующего разгона в обратном направлении.

Поняв переходные процессы при пуске и торможении, нетрудно уяснить процессы реверсирования.

Вопросы для самоконтроля

1. Что называется переходным процессом электропривода?

2. Каковы условия возникновения переходного процесса?

3. Привести примеры производственных механизмов, где время переходных процессов составляет существенную долю в общем времени цикла.

4. Привести примеры производственных машин, у которых время переходных процессов несущественно и им можно пренебречь при выборе мощности двигателя для этих машин.

5. Что такое электромеханическая и электромагнитная постоянные, времени? Какие величины определяют ту и другую постоянные?

6. Как определить время пуска и торможения электропривода?

7. Написать уравнение изменения тока возбуждения двигателя постоянного тока с независимым возбуждением при включении обмотки возбуждения. Назвать входящие в него величины, нарисовать кривую изменения тока возбуждения во времени.

8. Что такое форсировка возбуждения? Каким показателем она характеризуется?

9. Начертить кривые изменения тока возбуждения при форсировке и без нее, объяснить их характер, показать на рисунке отрезок времени, на который сокращается время переходного процесса.

10. Объяснить физическую сторону пуска, торможения и реверсирования в системе Г-Д.

11. Какими способами может производиться форсировка возбуждения в системе Г-Д?

Тема1. 6. Расчет и выбор устройств для пуска,

торможения и регулирования скорости

электроприводов

Расчет пусковых, регулировочных и тормозных резисторов к двигателям постоянного тока. Расчет пусковых, регулировочных и тормозных резисторов в цепи ротора двигателя переменного тока. Расчет пусковых и тормозных резисторов в цепи статора. Время работы резисторов и их рабочий график. Расчетные токи. Выбор резисторов но условию нагревания. Составление резисторов из стандартных элементов.

Литература: [1] стр. 102-111 , [3] стр. 120-143.

Методические указания

Резисторы находят широкое применение в схемах управления электроприводами для ограничения пусковых токов и моментов, получения необходимых механических характеристик при пуске, торможении и регулировании скорости.

Задачей электрического расчета резисторов является определение величины их сопротивлений и проходящих по ним токов. Определение числа ступеней пускового резистора и величины сопротивления каждой ступени наиболее просто производится графо-аналитическим способом. Расчет графо-аналитическим методом пусковых реостатов для разных типов двигателей имеет много общего и производится на основе построения пусковых механических характеристик. Для расчета необходимо задаться двумя из трех величин: I ₁ . I ₂ , z , где Ii и I ₂ - максимальный и минимальный токи, при которых происходит переключение ступеней реостата; z - число пусковых ступеней.

Выбор величин токов I ₁ и I ₂ производится из следующих соображений. Величина Ii выбирается из условий коммутации и нагревания двигателя, а в некоторых случаях - с учетом величины допустимого пускового момента по условиям прочности рабочего механизма и передачи.

Обычно принимают I ₁ = (1,8—2,5) I _н .

Для двигателей краново-металлургических эта величина достигает 3 I _н (при режиме ПВ = 25%). Величина I ₂ выбирается на 10—20% больше тока, соответствующего моменту статического сопротивления. Число пусковых ступеней для двигателей до 10 кВт выбирается равным 1—2, до 50 кВт – 2-3, выше 50 кВт – 3-4 ступеням.

Для того, чтобы усвоить принципы электрического расчета пусковых резисторов, необходимо самому проделать графическое построение пусковых характеристик и подсчитать величины сопротивлений всех ступеней. Построение характеристик и расчеты подробно рассмотрены в литературе.

Расчет тормозных сопротивлений может быть произведен аналитическим или графическим методом, которые также рассмотрены в литературе.

Пусковые и тормозные резисторы работают кратковременно, подвергаются воздействию тока только в период пуска или торможения. Пускорегулирующие резисторы, которые нагреваются проходящим по ним током гораздо большее время, рассчитываются на длительный режим. Тепловой расчет имеет целью определение экономичного сечения активного материала при условии, что резисторы не должны перегреваться. Тепловой расчет достаточно полно изложен в книге С. Н. Вешеневского «Характеристики двигателей в электроприводе», «Энергия», 1966, 1977.

Современные пусковые, тормозные, пускорегулирующие резисторы, как правило, составляются из стандартных элементов, выпускаемых промышленностью, и соединяются по определенным схемам. Это упрощает, удешевляет и ускоряет конструирование резисторов

Вопросы для самоконтроля

1. Какие функции выполняют пусковые резисторы? Почему нельзя включать двигатели постоянного тока без пускового резистора?

2. В каком режиме работают пусковые и тормозные резисторы?

3. Каков порядок расчета пусковых резисторов для двигателей постоянного тока с параллельным или независимым возбуждением?

4. Перечислите условия выбора величины токов переключения пусковых ступеней двигателей постоянного тока.

5. Каково назначение тормозных сопротивлений? Почему короткозамкнутые асинхронные двигатели можно тормозить противовключением без тормозных сопротивлений?

6. Как рассчитываются тормозные сопротивления для режима динамического торможения двигателя постоянного тока?

7. Как рассчитываются тормозные сопротивления для торможения противовключением двигателей постоянного тока?

8. Как зависит длительность процесса торможения от величины тормозного сопротивления?

9. Каково назначение пускорегулирующих сопротивлений?

10. Какова последовательность теплового расчета сопротивлений?

11, Какие материалы применяются для изготовления резисторов?

12. Что такси: несимметричное включение сопротивлений? В каких случаях оно применяется, какой дает эффект?

13, Из каких соображений выбирается количество пусковых ступеней?

Тема 1.7. Выбор электродвигателей

Нагрузочные диаграммы и режимы работы двигателей по условию нагрева. Выбор двигателей по мощности для продолжительного, кратковременного и повторно-кратковременного режимов работы методами: средних потерь, эквивалентного тока и момента. Проверка двигателя по допустимой перегрузке. Электропривод с маховиком при ударной нагрузке. Допустимая частота рабочих циклов асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Особенности выбора двигателя по мощности для регулируемого привода.

Литература: [1] стр. 116-134 , [3] стр. 101-119.

Методические указания

Правильно выбранный по мощности и типу двигатель обеспечит полное использование производственной машины, надлежащее качество выпускаемой продукции и экономичную работу системы электропривода. Выбор мощности двигателя производится по нагреву. В ряде случаев двигатель проверяется по перегрузочной способности. Основой для выбора двигателя по мощности служат нагрузочные диаграммы производственных машин: P = f ( t ), M = f ( t ), I = f ( t ). При этом учитывается режим работы двигателя: длительный, кратковременный или повторно-кратковременный. Нагрузочные диаграммы производственных машин строятся на основе расчета мощности или момента на валу машины при различных режимах их работы и различной нагрузке. Нагрузочные диаграммы приводных двигателей строятся по мощности или моменту производственных машин с учетом потерь в передачах. Потери в передачах учитываются путем введения в расчет КПД передачи при данной нагрузке. Если нагрузочная диаграмма двигателя известна (построена), то выбор двигателя по мощности может быть произведен или способом средних потерь, или способом эквивалентных величин. Первый способ применяется тогда, когда требуется высокая точность, второй - более простой, - когда этого не требуется.

При изучении способа средних потерь учащийся должен прежде всего понять идею способа: если средние потери в двигателе при работе по закону, выраженному нагрузочной диаграммой, окажутся равными потерям при работе двигателя с постоянной номинальной мощностью или меньше их (допускается расхождение на 5-10%), то мощность двигателя выбрана правильно.

Определение потерь в двигателе на каждом участке нагрузочной диаграммы производится исходя из разности потребляемой двигателем мощности из сети и отдаваемой с вала

_D Р=Р_потр -Р_вал = (12)

где h_дв – КПД двигателя на данной нагрузке; Р_вал – мощность на валу двигателя, которая берется по нагрузочной диаграмме.

Если окажется, что _D Р_ср £ _D Р_н , то двигатель пригоден для заданных условий работы. В противном случае выбирается ближайшая большая мощность двигателя и расчет повторяется.

Способы эквивалентных величин применяются тогда, когда не требуется высокая точность расчетов, и имеют ограничения в использовании. Выбор двигателя по мощности для повторно-кратковременного режима работы производится теми же способами, что и для длительного, но при этом вводится поправка, учитывающая несовпадение расчетной (подсчитанной по нагрузочной диаграмме) продолжительности включения ПВр% со стандартной (каталожной) Пвкат%.

Для повторно-кратковременного режима следует выбирать специально выпускаемые двигатели (краново-металлургическая серия). Мощности их указываются для стандартных ПВ, равных 15, 25, 40 и 60%.

Выбранный по нагреву двигатель проверяется по перегрузочной способности. Определение величины допустимой мощности при кратковременном режиме производится на основании условия, что наибольшая допустимая температура электродвигателя в конце рабочего периода τ_{к р} будет равна установившейся температуре τ_у в случае длительной нагрузки его номинальной мощностью, т. е. τ_кр - τ_у .

В данном случае мощность двигателя определяют, исходя из коэффициента тепловой перегрузки

Р= (13)

где Q _кр - допустимые потери при кратковременной нагрузке; Q _н - потери при длительной нагрузке.

Зная коэффициент р , можно определить мощность по формуле

Р_кр =Р_н Ö р (14)

Для кратковременного режима работы выпускаются специальные серии двигателей, рассчитанные на продолжительность работы 15, 30 и 60 мин. Выбранный по нагреву двигатель в ряде случаев проверяется по перегрузочной способности. Для двигателей постоянного тока кратковременная перегрузка определяется условиями безыскровой коммутации. В электродвигателях переменного тока перегрузочная способность определяется критическим значением вращающего момента двигателя. При изучении теории нагревания и охлаждения электрических двигателей следует иметь в виду, что предельно допустимая температура нагрева определяется классом изоляции. Учащийся должен усвоить законы изменения температуры двигателя при нагревании и охлаждении, уяснить понятия превышения температуры двигателя над температурой окружающей среды, установившейся температуры, постоянной времени нагревания, общей теплоемкости двигателя, теплоотдачи. При изучении вопросов, связанных с выбором двигателей, необходимо особо рассмотреть случай выбора двигателей для механизмов, имеющих резки изменяющийся характер нагрузки. К ним относятся прессы, молоты, прокатные станы. У таких механизмов пик нагрузки может значительно превышать не только номинальный, но и критический момент двигателя.

При изучении данного привода необходимо обратить особое внимание на роль маховика, который выравнивает график нагрузки двигателя, а также на то, что для механизмов с ударной нагрузкой необходим двигатель с повышенным скольжением. Для асинхронных двигателей с фазным ротором, у которых номинальное скольжение обычно меньше требуемого, применяют регуляторы скольжения. Двигатели, работающие в повторно-кратковременном режиме, необходимо проверять на допустимое число включений в час. Это диктуется тем, что большие потери при пусках и торможениях могут привести к недопустимому перегреву двигателя. Число включений в час короткозамкнутых двигателей приходится ограничивать такой величиной, при которой средняя температура двигателя после большого числа рабочих циклов будет равна максимально допустимой. Определение допустимого числа включений в час производится на основании энергетического баланса двигателя. Учащемуся, рассматривая количественную сторону вопроса, нужно понять составляющие уравнения энергетического баланса. Допустимое число включений в час можно повысить путем усиления вентиляции двигателя.

Вопросы для самоконтроля

1. Что представляет собой нагрузочная диаграмма двигателя?

2. Какие режимы работы двигателей установлены ГОСТом?

3. Чем характеризуется длительный режим работы двигателя?

4. Чем характеризуется повторно-кратковременный режим работы двигателя?

5. Чем характеризуется кратковременный режим работы двигателя?

6. Что такое относительная продолжительность включения?

7. Какие типы двигателей по способу защиты от воздействия окружающей среды существуют?

8. В чем заключается идея выбора двигателя способом средних потерь?

9. В чем заключается идея выбора двигателя способом эквивалентных величин?

10. Объяснить величины, входящие в уравнение нагревания электродвигателя.

11. Чем определяется перегрузочная способность двигателей переменного тока, постоянного тока?

12. Какую роль играет маховик в приводах с ударной нагрузкой?

13. Почему в приводах с ударной нагрузкой целесообразно применять двигатели с повышенным скольжением?

14. Что представляет собой жидкостный регулятор скольжения?

15. Какими способами можно увеличить допустимую частоту включений асинхронного короткозамкнутого двигателя?

16. Каковы особенности двигателей, предназначенных для повторно-кратковременного режима?

17. Как пересчитывается мощность двигателя, работающего в повторно-кратковременном режиме, с одной продолжительности включения на другую?

Тема 1.8. Энергетика и технико-экономические

показатели электропривода

Энергетические показатели работы электроприводов. Потери мощности и энергии в установившемся режиме работы электропривода. Постоянные и переменные потери. Потери энергии при переходных режимах: при пуске и торможении приводов с двигателями постоянного тока; при пуске и торможении приводов с асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором. Технико-экономические обоснования при выборе системы электропривода.

Литература: [1] стр. 111-116 , [3] стр. 90-92.

Методические указания

Энергия, потребляемая двигателем из сети, расходуется на совершение полезной работы и на потери, возникающие как при установившемся, так и при переходном режимах.

Изучая эти вопросы, необходимо уделить большое внимание изучению потерь при переходных режимах: пуске, торможении, реверсе двигателей. При изучении вопроса о потерях в двигателе постоянного тока при пуске необходимо рассмотреть количественную сторону вопроса: расход энергии на совершение механической работы и расход на тепловыделение. При этом следует рассмотреть пуск двигателя вхолостую (М_с = 0 ) и пуск под нагрузкой.

При рассмотрении тормозных режимов необходимо обратить внимание на торможение противовключением, которое сопровождается большим потреблением энергии из сети. Следует уяснить, что статическая нагрузка оказывает влияние на величину потерь: при пуске потери увеличиваются по сравнению с пуском вхолостую, а при торможении - уменьшаются. При изучении потерь энергии при пуске и торможении асинхронного двигателя важно понять, что потери в роторе двигателя при пуске и торможении вхолостую определяются теми же соотношениями, что и для двигателей постоянного тока независимого возбуждения. Полные потери в двигателе складываются из потерь в роторе и потерь в статоре. При пуске двигателя с фазным ротором потери в обмотке ротора уменьшаются за счет того, что часть этих потерь .выделяется в .пусковом реостате и нагрев ротора уменьшается. Пуск двигателя с сопротивлением в цепи ротора происходит с меньшим током в статорной обмотке, следовательно, и потери на нагрев статора уменьшаются. При рассмотрении потерь энергии при торможении асинхронных двигателей необходимо обратить внимание на соотношение потерь энергии при пуске и торможении противовключением. Следует также обратить внимание, что при реверсе потери энергии в четыре раза превышают потери при пуске. Необходимо рассмотреть случаи динамического и рекуперативного торможения.

Вопросы для самоконтроля

1. Чему равен полный расход электроэнергии при пуске электродвигателя в ход без нагрузки?

2. Какое влияние оказывает нагрузка двигателя на величину потерь при пуске?

3. От чего зависит расход энергии асинхронного двигателя при пуске?

4. Каково соотношение между величинами потерь в асинхронном двигателе при торможении противовключением и при пуске?

Каково соотношение потерь при реверсе асинхронного двигателя и его пуске?

РАЗДЕЛ 2. УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

Тема 2.1. Аппараты и устройства управления

электроприводом

Контакторы и реле постоянного и переменного токов, применяемые в электроприводе. Устройства и реле контроля скорости. Командные аппараты: кнопки и станции управления, универсальные переключатели, командоконтроллеры, путевые выключатели. Тормозные электромагниты.

Литература: [1] стр. 111-116 , [3] стр. 90-92.

Методические указания

Знание устройства, принципа действия, назначения аппаратов управления электроприводами имеет очень большое значение для понимания работы схем управления. Современные электрические аппараты чрезвычайно разнообразны. Начиная изучение, необходимо прежде всего рассмотреть их классификацию по различным признакам, общие требования, предъявляемые к аппаратам, их назначение.

Изучая контакторы, следует обратить внимание на различие между контакторами постоянного и переменного токов в конструкции магнитной системы, на зависимость тока катушки контактора переменного тока от положения якоря, на конструкцию главных и вспомогательных (блокировочных) контактов, на способы гашения дуги, возникающей при разрыве главных контактов. Следует также обратить внимание па устройство механической блокировки, исключающей одновременную работу двух контакторов в устройствах реверсирования. При изучении реле учащийся должен четко представлять себе назначение реле, их виды, основные характеристики. В схемах автоматического управления электроприводами наибольшее распространение получили электромагнитные реле, принцип действия которых подобен принципу действия контактора. Особое внимание нужно обратить на изучение различных типов реле времени: электромагнитных, маятниковых, моторных, электронных. Необходимо знать использование реле для защиты электроприводов от перегрузок, самопроизвольных запусков, понижения напряжения в сети и т.п.

В электрических схемах электроприводов часто применяются реле скорости, основанные на разных принципах. Наибольшее распространение получило индукционное реле. Необходимо разобраться в его устройстве и принципе действия. Контроль скорости электропривода может производиться с использованием тахогенераторов и электромагнитных реле. Знание устройства, принципа действия, основных технических характеристик командных аппаратов необходимо при изучении работы электрических схем электроприводов. Изучать аппараты управления следует по рисункам, чертежам, натурным образцам, имеющимся на предприятиях, в лабораториях и кабинетах техникума.

Вопросы для самоконтроля

1. Назвать основные конструктивные элементы контактора.

2. Почему магнитная система контактора переменного тока набрана из листовой стали, а у контакторов постоянного тока - из сплошной стали?

3. Объяснить назначение и действие короткозамкнутого витка на полюсах контактора переменного тока.

4. Как производится гашение дуги в контакторах?

5. Каково назначение реле?

6. Объяснить, за счет чего достигается выдержка времени электромагнитных реле времени.

7. Что такое коэффициент возврата реле?

8. Что такое уставка реле?

9. Объяснить устройство и принцип действия индукционного реле скорости типа РИС.

10. Каково устройство и принцип действия тепловых реле защиты?

11. Каково назначение путевых (конечных) выключателей?

12. Каково назначение электромагнитов, где они могут использоваться?

13. Как используются тахогенераторы в устройствах контроля скорости? Начертить принципиальную схему и объяснить ее действие.

14. Объяснить устройство вращающегося путевого выключателя.

15. Каково назначение командоконтроллера?

16. Какие функции выполняет установочный автомат?

17. Объяснить устройство установочного автомата серии А3100.

Тема 2.2. Релейно-контакторное управление

электроприводами

Условные обозначения элементов схем. Методы автоматического управления ускорением и торможением электропривода. Типовые узлы схем управления двигателями постоянного и переменного токов. Нереверсивные и реверсивные схемы управления электроприводами с двигателями постоянного тока: в функции времени, тока, ЭДС, с динамическим торможением, с торможением противовключением. Стандартные панели и блоки управления. Нереверсивные и реверсивные схемы управления электроприводами с асинхронными электродвигателями в функции времени, тока, скорости, с динамическим торможением, с торможением противовключением. Стандартные панели и блоки управления. Типовые узлы и схемы управления пуском привода с синхронным электродвигателем.

Литература: [1] стр. 157-190 , [3] стр. 168-200.

Методические указания

Изучение темы следует начать с принципов построения схем управления и знакомства с условными графическими и буквенными обозначениями элементов аппаратов управления. Ознакомление с условными графическими и буквенными обозначениями следует производить по соответствующим действующим ГОСТам; Изучение схем надо начинать с простейших схем управления асинхронным короткозамкнутым двигателем. Когда будет понят порядок пуска и останова ко-роткозамкпутого двигателя, уяснена работа отдельных элементов аппаратов, уяснено обеспечение различных видов защиты и блокировки, следует разобрать принципы автоматизации процесса пуска, торможения, реверса электродвигателей. Необходимо рассмотреть работу схем управления в функции скорости, тока, времени двигателями постоянного и переменного тока, выяснить достоинства и недостатки того или иного принципа управления. При разборе схем следует уделять внимание работе различных защит (от к. з., перегрузки, нулевая и т. д.).

При изучении работы схем следует иметь в виду, что, несмотря на разнообразие схем управления, большинство их построено на основе типовых узлов, разработанных конструкторскими организациями, и, следовательно, разные схемы могут иметь аналогичные узлы. Такой принцип построения схем облегчает, ускоряет и удешевляет их разработку. Существенным моментом работы электрических схем управления является электрическое торможение. При изучении схем нужно выяснить, какой способ торможения используется, как обеспечивается торможение, как отключается двигатель в конце торможения противовключением и пр.

Целесообразно любую схему изучать поэтапно:

а) функции, выполняемые схемой управления;

б) процесс пуска и ускорения;

в) регулирование скорости;

г) торможение;

д) реверс;

е) достоинства и недостатки.

Вопросы для самоконтроля

1. В чем заключаются принципы управления в функции скорости, тока, времени, пути?

2. Каковы достоинства и недостатки каждого принципа управления?

3. Как обеспечивается блокировка в реверсивных схемах от одновременного включения на «левое» и «правое» вращения?

4. Как обеспечивается отключение двигателя от сети по окончании торможения противовключением?

5. Как обеспечивается отключение источника постоянного тока после динамического торможения асинхронного двигателя?

6. Как обеспечивается защита от понижения напряжения в сети при контроллерном и кнопочном управлении?

7. Какими аппаратами осуществляется защита двигателя от перегрузки? Объясните действие теплового реле при перегрузках.

8. Каково назначение максимальных токовых реле в схемах управления?

9.Каково назначение гасящих (разрядных) сопротивлений?

10. Как защищаются двигатели постоянного тока при потере возбуждения?

11. Как обеспечивается гашение поля остаточного магнетизма?

12. Как работает схема автоматической подачи возбуждения синхронному двигателю?

13. В функции каких величин производится подача возбуждения синхронному двигателю?

14. Каков порядок асинхронного пуска синхронного дгателя при пониженном напряжении на статоре?

15. Как работает схема управления двухскоростным двигателем с автоматическим переходом на высшую скорость?

16. Как работает реле противовключения в схеме управления асинхронным двигателем с торможением противовключепием? Какова его роль?

17. Нарисовать схему включения пусковых сопротивлений в цепи ротора асинхронных двигателей.

18. Как выполняется защита высоковольтных синхронных двигателей?

19. Почему не все синхронные двигатели целесообразно пускать с постоянно подключенным возбудителем?

20. Объяснить, как работает реле подачи возбуждения синхронному двигателю.

21. Как работает узел форсировки возбуждения в схеме управления синхронного двигателя?

Тема 2.3. Управление электроприводом

с применением бесконтактной аппаратуры

Принцип бесконтактного управления. Магнитные и транзисторные логические элементы, применяемые для управления электроприводом. Схемы и принцип их действия, реализация основных логических функций и их конструкция. Узлы схем с применением логических элементов. Методы, схемы и устройства управления тиристорами. Схемы с тиристорами в устройствах управления электроприводом: регулируемом преобразователе переменного тока в постоянный, в переключателе переменного тока, в преобразователе частоты переменного тока. Схемы управления электроприводом с магнитными усилителями и дросселями насыщения.

Литература: [1] стр. 190-206 , [3] стр. 215-252.

Методические указания

Внедрение в системы управления электроприводами бесконтактных средств управления является одним из важнейших направлений развития электроприводов. Особенно важное значение имеют бесконтактные элементы с большим числом срабатываний. Бесконтактные элементы автоматизации выполняются, главным образом, в виде магнитных и полупроводниковых устройств. Приступая к изучению бесконтактных аппаратов, необходимо уяснить, что, несмотря на ряд значительных преимуществ бесконтактных аппаратов перед контактными, последние не потеряли своего значения, так как ряд контактных аппаратов не имеет пока эквивалентных им бесконтактных устройств. Кроме того, во многих промышленных приводах контактная аппаратура, отвечая предъявляемым технологическим требованиям, обходится значительно дешевле бесконтактных устройств. Задача учащегося заключается в том, чтобы изучить устройство, принцип действия и применение наиболее распространенных бесконтактных устройств: индуктивных датчиков, магнитных усилителей, дросселей насыщения, тиристоров.

Изучая индуктивный датчик, необходимо вспомнить зависимость индуктивного сопротивления катушки от сопротивления магнитной цепи, по которой замыкается магнитный поток катушки. Необходимо также вспомнить резонанс токов, на который настраивается цепь для четкой работы датчика.

Магнитные усилители и дроссели насыщения находят применение в приводах постоянного и переменного токов. Для уяснения их принципа действия следует вспомнить зависимость индуктивного сопротивления катушки на стальном сердечнике от магнитной проницаемости стали. Проще всего принцип действия понять на примере работы дросселя насыщения (однотактном МУ), а затем рассмотреть двухтактный МУ, в котором устранены некоторые существенные недостатки, присущие однотактным МУ. Следует обратить внимание на устройства обратной связи внешней и внутренней. В настоящее время широкое применение получили регулируемые приводы с вентильными преобразователями, важнейшим из которых является тиристор - управляемый полупроводниковый вентиль. Тиристоры имеют ряд преимуществ перед другими типами управляемых вентилей. Из предмета «Основы промышленной электроники» необходимо вспомнить устройство и принцип действия тиристора, его вольт-амперные характеристики. Необходимо обратить внимание на основные технические (паспортные) характеристики тиристоров, классы и обозначения. Важное значение для понимания использования тиристоров в управляемых электроприводах имеют вопросы управления тиристорами. Необходимо изучить принцип импульсно-фазового управления, позволяющий изменять угол регулировании и тем самым изменять момент открывания тиристора. Усвоив принципы управления тиристорами, рассмотрите схемы выпрямления с тиристорами и силовые схемы реверсивных тириеторных электроприводов, схемы электроприводов с магнитными усилителями и дросселями насыщения.

Вопросы для самоконтроля

1. Объяснить устройство и принцип действия индуктивного датчика.

2. Привести примеры применения индуктивных датчиков.

3. В чем состоит принцип действия дросселя насыщения?

4. Чем отличается магнитный усилитель с внутренней обратной связью от МУ с внешней обратной связью?

5. Нарисовать и объяснить ход (вид) нагрузочной характеристики дросселя насыщения.

6. Каковы недостатки МУ по сравнению с ЭМУ?

7. Каковы достоинства МУ по сравнению с ЭМУ?

8. Каковы достоинства тиристоров по сравнению с ионными управляемыми вентилями?

9. Как классифицируются тиристоры?

10. Что такое угол регулирования тиристора?

11. Что называется напряжением переключения тиристора?

12. Нарисовать и объяснить ход (вид) вольт-амперной характеристики тиристора.

13. Какими способами охлаждаются тиристоры?

14. Какие существуют способы управления моментом открывания тиристора?

15. Какова сущность импульсно-фазового управления?

16. Какими способами устраняется неравномерность распределения токов между тиристорами при их параллельном включении?

17. Какие методы применяют для управления вентильными группами в тиристорных электроприводах?

18. Чем характеризуется согласованное и несогласованное совместное управление -вентильными группами?

19. Как осуществляется защита тиристоров от пробоя в обратном направлении?

20. Как работает трехфазная мостовая схема выпрямления с тиристорами?

21. Каково назначение шунтирующего диода в тиристорных схемах управления?

22. Каково назначение уравнительных дросселей и тирис торных схемах управления электроприводами?

23. Какая схема соединения вентильных групп получила наибольшее распространение в реверсивных тиристорных электроприводах?

Тема 2.4. Управление электроприводом

с помощью непрерывнодействующих (замкнутых)

систем и устройств

Принципы построения замкнутых систем. Элементы измерения, согласования и коррекции. Замкнутые системы автоматического регулирования скорости привода: генератор - двигатель, управляемый преобразователь - двигатель, преобразователь частоты - асинхронный двигатель. Схемы этих систем и получаемые характеристики. Дискретные электроприводы с шаговыми двигателями. Комплектные вентильные устройства управления и регулирования электропривода. Тенденции дальнейшего развития замкнутых систем автоматического управления электроприводами.

Литература : [1] стр. 206-227 , [3] стр. 201-214, стр. 242-252.

Методические указания

Изучая данную тему, учащийся должен четко представлять разницу между замкнутой и незамкнутой системами управления.

Применение обратных связей - положительных и отрицательных - позволяет получить жесткие механические характеристики регулируемых двигателей, а это, в свою очередь, дает возможность значительно расширить диапазон регулирования и получить ряд других ценных свойств электропривода. Учащийся на отдельных конкретных примерах узлов схем непрерывного управления должен изучить принцип построения замкнутых систем, усвоить виды обратных связей: положительная и отрицательная, жесткая и гибкая. Необходимо рассмотреть обратные связи по различным выходным параметрам: скорости, току, напряжению, ЭДС. Усвоив эти вопросы, можно переходить к рассмотрению замкнутых систем управления. При изучении схем электромашинного управления следует хорошо понять роль ЭМУ как регулятора. При изучении схем с ЭМУ нужно обратить внимание на узлы ограничения тока и напряжения (отсечки), их принцип действия и область применения. Из схем с управляемыми преобразователями нужно особое внимание обратить на схемы с управляемыми полупроводниковыми вентилями - тиристорами с выходом на постоянном и с выходом на переменном токе. Системы с управляемыми полупроводниковыми вентилями имеют ряд достоинств по сравнению с другими системами и находят широкое применение в современных электроприводах. Рассматривая системы управления с магнитными усилителями, дросселями насыщения, управляемыми ионными вентилями, необходимо обратить внимание на общность конечных целей, которые получают при использовании различных систем управления электроприводами.

Вопросы для самоконтроля .

1. Что такое замкнутая система управления электроприводом?

2. Что такое положительная обратная связь?

3. Что такое отрицательная обратная связь?

4. Что такое жесткая обратная связь?

5. Что такое гибкая обратная связь?

6. По каким параметрам осуществляются обратные связи?

7. Почему замкнутые системы позволяют получить широкий диапазон регулирования скорости?

8. В чем заключается принцип действия узла ограничения тока (отсечки)?

9. Объяснить действие узла отсечки напряжения.

10. Нарисовать графики выпрямленного напряжения. Как зависит величина выпрямленного напряжения от угла открывания тиристора?

11. Объяснить принцип действия статического фазорегулятора с конденсатором и резистором.

12. Объяснить принцип действия статического фазорегулятора с пик-трансформаторами.

ПРИМЕРНЫЕ ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ .

1.Понятие об электроприводе. Исторический обзор развития электропривода.

2. Типы электропривода.

3.Значение электропривода и его автоматизации для повышения производительности труда.

4.Механические звенья электропривода. Статические моменты сопротивления. Момент инерции.

5.Уравнения движения электропривода и его виды. Динамический момент.

6.Механические характеристики двигателей и рабочих машин.

7.Схемы включения и режимы работы электродвигателей постоянного тока.

8.Основые соотношения для электродвигателей постоянного тока.

9.Относительные величины в электроприводе.

10.Электромеханические и механические характеристики двигателей независимого возбуждения в двигательном режиме.

11.Перегрузочная способность двигателей. Ограничение пускового тока.

12.Электрическая и механическая характеристика двигателя независимого возбуждения в рекуперативном торможении.

13.Электрическая и механическая характеристика двигателя независимого возбуждения в торможении противовключением.

14.Электрическая и механическая характеристика двигателя независимого возбуждения в динамическом торможении.

15.Электрическая и механическая характеристика двигателя последовательного возбуждения в рекуперативном торможении.

16.Электрическая и механическая характеристика двигателя последовательного возбуждения в торможении противовключением.

17.Электрическая и механическая характеристика двигателя последовательного возбуждения в динамическом режиме.

18.Электромеханическая и механическая характеристика двигателя смешанного возбуждения.

19.Схема включения и режимы работы двигателей переменного тока.

20.Механическая характеристика асинхронного двигателя (АД) в двигательном режиме при введении в цепь ротора и статора сопротивления.

21.Механическая характеристика асинхронного двигателя при питании пониженным напряжением.

22.Механическая характеристика асинхронного двигателя в двигательном режиме при изменении частоты тока.

23.Перегрузочная способность двигателей переменного тока. Ограничение пусковых токов.

24.Механическая характеристика асинхронного двигателя в рекуперативном торможении.

25.Механическая характеристика асинхронного двигателя в режиме противовключения.

26.Механическая характеристика асинхронного двигателя в динамическом режиме.

27.Механическая и угловая характеристика синхронного двигателя (СД).

28.Общие понятия о регулировании скорости электропривода.

29.Допустимая нагрузка на электродвигатель при работе на регулируемой характеристике.

30.Регулирование скорости электропривода постоянного тока изменением сопротивления в цепи якоря.

31Регулирование скорости электропривода постоянного тока изменением магнитного потока.

32.Регулирование скорости электропривода постоянного тока изменением напряжения подводимого к якорю двигателя.

33.Регулирование скорости электропривода постоянного тока с помощью системы «генератор- двигатель».

34.Регулирование скорости электропривода постоянного тока с помощью «управления выпрямителем-Д».

35.Регулирование скорости электропривода постоянного тока с помощью «магнитного усилителя-Д».

36.Схема шунтирования якоря двигателя.

37.Схема импульсного изменения напряжения двигателя на якорь.

38.Регулирование угловой скорости электропривода переменного тока изменением числа пар полюсов.

39.Регулирование угловой скорости электропривода переменного тока изменением частоты питающего напряжения.

40.Регулирование угловой скорости электропривода переменного тока изменением значения активного сопротивления роторной цепи двигателя с фазным ротором.

41.Синхронное вращение электропривода.

42.Расчет сопротивления для двигателей постоянного тока графо-аналитическим методом.

43.Расчет сопротивления для двигателей постоянного тока аналитическим методом.

44.Расчет сопротивления в роторной цепи АД.

45.Расчет сопротивления в цепи статора АД.

46.переходные процессы при линейных характеристиках.

47.Определение времени переходных процессов при пуске и торможении электропривода.

48. Энергетика электропривода.

49.Потери при переходных процессах.

50.Нагревание и охлаждение двигателей.

51.Нагрузочные диаграммы и режимы работы двигателей.

52.Нагрузочные диаграммы режиме S1 .

53.Нагрузочные диаграммы режиме S2.

54.Нагрузочные диаграммы режиме S3.

55.Расчет и выбор мощности двигателей при различных режимах работы методом средних потерь.

56.Расчет и выбор мощности двигателей при различных режимах работы методом эквивалентного тока

57.Расчет и выбор мощности двигателей при различных режимах работы методом эквивалентного момента.

58.Расчет и выбор мощности двигателей при повторно-кратковременном режиме.

59.Допустимая частота работы циклов АД с короткозамкнутым ротором.

60.Особенности выбора двигателя для регулируемого электропривода.

61.Выбор системы электропривода по технико- экономическим показателям.

62.Электрические аппараты и устройства управления электроприводами (автоматические выключатели и предохранители)

63.Электрические аппараты и устройства управления электроприводами (контакторы и реле постоянного и переменного тока)

64. Электрические аппараты и устройства управления электроприводами (командоаппараты, кнопки и кнопочные посты, универсальные переключатели, путевые и конечные выключатели).

65.Электрические аппараты и устройства управления электроприводами (реостаты тормозные электромагнитные)

66.Схема управления АД с к.з.ротором с динамическим торможением.

67.Схема управления АД с фазным ротором в функции тока.

68.Схема прямого пуска СД.

69.Реверсивная схема управления двигателем постоянного тока последовательного возбуждения с торможением противовключением.

70. Надежность электроприводов.

71.Бесконтактные аппараты и устройства управления эл.приводами.

72.Принципы бесконтактного управления.

73.Отличие схем на логических элементах от релейно- контакторных.

74. Узлы схем и схемы управления электроприводами на логических элементах.

75.Схема с применением бесконтактного пускателя.

76.Узлы схем и схемы управления электроприводами с использованием тиристорных переключателей и КТУ.

77.Принцип построения замкнутых систем управления электроприводами.

78.Элементы и устройства АУЭП в замкнутых системах.

79.Системы автоматического регулирования угловой скорости и моментов с обратными связями по скорости.

80. Дискретные электроприводы с шаговыми двигателями.

ДОМАШНЯЯ КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Задача 1.Подъемное устройство табл.1 поднимает груз массой m, т. Двухступенчатый редуктор имеет передаточные числа ступеней: i₁ =w/w_1; i₂ =w₁ /w₂ ; КПД ступеней h₁ ;h₂ . Диаметр барабана D_б ; а КПД в месте трение о трос h_б . Угловая скорость двигателя W_дв. ; М₁ – момент на валу 3 (рис.1); W₁ – угловая скорость этого вала. Моменты инерции: якоря J_а ; первой и второй шестерен J_ш1 ; J_ш2 ; первой и второй муфт J_м1 ; J_м2 , входного вала J_вх ; первого и второго зубчатого колеса J_к1 ; J_к2 ; первого и второго вала J_в1 ; J_в2 ; барабана J_б .

Определить:

1) Линейную скорость V груза, мощность Р , момент М электродвигателя и общий момент инерции J_{об .} электропривода.

2) Составить кинетическую схему электропривода подъемного устройства.

Таблица 1.Исходные данные к задаче 1.

Таблица 1.Исходные данные к задаче 1 (продолжение)

Задача 2 . Для двигателя постоянного тока параллельного возбуждения, данные которого приведены в таблице 2.

1) Написать уравнение естественной механической характеристики в общем виде (например: W =110-0,1 м).

2)

Таблица 2. Исходные данные к задаче 2.

2) Построить на одном графике естественную и две искусственные механические характеристики при добавочном сопротивлении в цепи якоря, равном 0,4 R_дв. ( R_{дв .} –сопротивление двигателя), и при пониженном напряжении на якоре двигателя, равном 0,6 Uн.

3) Построить диаграмму пуска двигателя W = f(М ), считая, что наибольший пусковой момент не превышает значения М _n , число ступеней пускового реостата – m (кратности пускового и статического моментов, число ступеней см. в табл. 2.

4) Определить время пуска двигателя от W₁ =0 до W₂ = W_с . W_с – скорость, соответствующая статическому моменту М_с на естественной характеристике), принимая средний пусковой момент М_{п.ср .} по диаграмме пуска, построенной в п.3, а момент инерции механизма J_мех. = 2 J_{дв .}

5) Составить автоматическую схему реверсивного управления заданным двигателем с числом пусковых ступеней и способом торможения, соответствующими заданному варианту и описать ее.

Примечание: Для вариантов 1-5 предусмотреть торможение противовключением, для вариантов 6-10 – торможение динамическое (источник постоянного тока – двухполупериодный однофазный выпрямитель).

Задача 3 . Для асинхронного короткозамкнутого двигателя, данные которого приведены в таблице 3.

1) Рассчитать и построить естественную механическую характеристику, указать на ней характерные точки.

2) определить пригодного заданного двигателя для привода механизма, работающего в длительном режиме по графику М = f( t), указанном в таблице 3 (считать, что скорость двигателя соответствует скорости вала механизма); построить нагрузочную диаграмму М = f( t) в масштабе;

проверить двигатель по перегрузочной способности;

Таблица 3. Исходные данные к решению задачи 3.

Таблица 3. Исходные данные к решению задачи 3.(продолжение)

3) Составить схему автоматического управления заданным двигателем, в которой предусмотреть:

а) управление кнопочное;

б) возможность реверсирования;

в) защиту от коротких замыканий;

г) защиту от перегрузок;

д) нулевую защиту;

е) световую сигнализацию состояния электродвигателя (вращается или нет).

Задача 4 .Для катушки контактора при напряжении U [В] имеем сечение стержня магнитопровода Q _с [см² ] и площадок магнитопровода l _о х h_о [мм² ]. Данные в таблице 4.

Определить: число витков и диаметр обмоточного провода катушки контактора.

Таблица 4 . Исходные данные для задачи 4.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ.

К задаче 1 .

1.1.Угловая скорость барабана

W₂ = [рад/с ] (1.1)

1.2.Линейная скорость груза

V= W₂ R_б [м/с ] (1.2)

1.3.Статический момент на валу барабана

М _a = или М _a = [н/м ] (1.3)

1.4.Статический момент, приведенный к валу двигателя

М = [н/м ] (1.4)

1.5.Мощность на валу двигателя

Р = W_дв. ×М [Вт ] (1.5)

1.6.Общий момент инерции тел, вращающихся со скоростью двигателя W _{дв .}

J_дв. = J_а + J_ш1 +J_м1 + J_вх. [кг/м² ] (1.6)

1.7.Приведенный момент инерции тел, вращающихся со скоростью W₁

J ¢₁ = [кг/м² ] (1.7)

1.8.Приведенный момент инерции тел, вращающихся со скоростью W ₂ ;

J ¢ ₂ = [кг/м² ] (1.8)

1.9.Приведенный момент инерции поступательно движущегося груза

J ¢_пст = [кг/м² ] (1.9)

1.10.Общий момент инерции электропривода

J_об = J_дв + J₁ ¢ + J₂ ¢ + J ¢_п.ст [кг/м² ] (1.10)

К задаче 2 .

При решении задачи необходимо учесть следующее:

1.Построение механической характеристики двигателя постоянного тока апараллельного возбуждения изложено в [1] § 2.2; 2.3 или [3] § 2.3; 4.2.

2.Способ расчета пусковых сопротивлений и построения диаграммы пуска изложен в [1] § 6.1 или [3] § 7.2.

3.Время разгона привода определяется по формуле:

t=J ×

где J = J_дв. + J_мех )

М _{п. ср} = ,

где: W₁ ; W₂ и М_с - см. в условии задачи; М₁ и М₂ – см. на диаграмме пуска в пункте 3.

4.Для того, чтобы составить схему к задаче, необходимо разобрать работу ряда схем управления и на основе этого составить схему, удовлетворяющую всем требованиям в условии задачи.

В случае механического перечерчивания из учебника схемы, наиболее подходящее к условиям задачи, задача будет считаться выполненной неудовлетворительно.

5.Схему необходимо вычертить согласно действующим ГОСТам.

Решение:

2.1.Уравнение естественной механической характеристики в общем виде, когда М=М_ном; Ф=кФ_ном. ; Ф_А =Ф/Ф_ном. ; К =0,75 – коэффициент уменьшения магнитного потока. U_с = U_{ном .} Двигателя и R_вш. = 0 имеет вид: R_дв.

W_е = - (рад/сек); (2.1)

(например: W_е = 110-0,1 м)

2.2. Номинальная эдс якоря, (В)

Е_ном. = U_ном. - I_ном. R_{я . (2.2)}

2.3.Сопротивление двигателя независимого возбуждения, (Ом)

R_дв. = (2.3)

2.4.Угловая скорость идеального холостого хода при номинальном напряжении, [рад/с]

W_ое = W_ном. U_ном. /Е_ном. (2.4)

2.5. Скорость на реостатной характеристике при I_я = I_ном и R_вш =4 R _{ном .} , [рад/с]

W_ном.R = W_ном х (2.5)

2.6.Скорость идеального холостого хода на искусственной характеристике при напряжении на якоре 0,6 U_ном. (коэффициент уменьшения напряжения a=0,6 ).[рад/с]

W_он = a W_{ое (2.6)}

2.7. Скорость при номинальном моменте и U=0,6 U_{ном .,} [рад/с]

W_{и ном.} = a W_ном (2.7)

где номинальная угловая скорость, [рад/с]

W _ном. = 2 p n_ном /60 (2.7.1)

2.8. Номинальный момент двигателя, [Н.м ]

М_ном = (2.8)

2.9. Момент статической нагрузки, [Н.м ]

М_ст = lМ_{ном. (2.9)}

2.10.Номинальное сопротивление двигателя,[Ом ]

R_ном = (2.10)

2.11.Относительное сопротивление двигателя, [О.е. ]

R_к.двиг. = (2.11)

2.12.Максимальный пусковой ток, А

I₁ = 2,2 I_{ном .} ; I_*1 =2.2 (2.12)

2.13.Отношение пускового тока I₁ к току переключения I₂

l=, (2.13)

где m – число ступеней

2.14.Сопротивление секций пускового реостата, [ Ом ]

R_{вш m} = (2.14)

R_{вш(m ¸ 1)} =R_вшm × l

R_{вш(m ¸ 2)} = R_{вш(m ¸ 1)} × l

2.15.Сопротивление пускового реостата,[ Ом ]

R_п.р = å R_вш (1 ¸ m) (2.15)

2.16. Момент инерции электропривода, [ кг.м² ]

J = J_дв. + J_м (2.16)

2.17.Ток переключения ступеней, [ О.е ]

I_*2 = (2.17)

2.18. Среднее значение тока двигателя при разгоне электропривода, [ О.е ]

I^* _{ср .} =0,5(I_*1 + I_*2 ) (2.18)

2.19.Среднее значение тока отвечает среднему моменту двигателя, [ Н.м ]

М ср= I_ср. ^* ×М_ном. (2.19)

2.21.Время разгона электропривода по номинальной угловой скорости, [ с ]

t_р = J (2.20)

К задаче 3

При решении задачи необходимо учесть следующее:

1.Построение механических характеристик асинхронного двигателя изложено в [1] § 3.2; 3.3 или [3] § 3.2.

2.Для выполнения пункта 2 необходимо изучить [1] § 8.5 или [3] § 6.4; 6.5.

3.Для выполнения пункта 3 необходимо изучить [1] § 10.6.

Решение :

3.1.Номинальное скольжение, о.е.

S =( W – W )/ W (3.1)

где

W = 2πf / Р; (рад/сек) (3.1.1)

W = π n / 30;(рад/сек) (3.1.2)

3.2.Критическое скольжение,о.е.

S = S ( λ + ); (3.2)

λ = М / М; (3.2.1)

3.3.Номинальное сопротивление роторной цепи , Ом

R= U / I (3.3)

3.4.Активное сопротивление обмотки фазы ротора ,Ом

R = R S (3.4)

3.5.Номинальный момент асинхронного двигателя, Н·м

М = Р 10³ / W ( 3.5)

3.6.Критический момент асинхронного двигателя, Н·м

М = λ М (3.6)

λ = М / М (3.6.1)

3.7.Коэффициент трансформации ЭДС, о.е.

= 0,95 U / U (3.7)

3.8.Сопротивление реостата в цепи ротора,о.е.

R = 0,1 R (3.8)

3.9.Суммарное активное сопротивление обмотки роторной цепи, Ом

R= R + R (3.9)

3.10. Приведенное активное сопротивление обмотки ротора, ОМ

R= R К (3.10)

3.11.Построим естественную механическую характеристику, подставляя значения по формуле Клосса, Н·м

М = 2М / (S / S + S / S) (3.11)

3.12.Для построение регулировочной характеристики определим скольжение на искусственной характеристики при выбранных значениях S

S = S R/ R = 3S (3.12)

3.13.Критическое скольжение на искусственной характеристике ,о.е.

S= SR / R = 3S (3.13)

3.14.Угловые скорости, отвечающие скольжениям Sе и Su, о.е.

W= W ( 1- S) (3.14)

W= W( 1 – S) (3.14.1)

К задаче 4

Способ расчета числа витков и диаметр обмоточного провода изложен в [6] гл. IV, стр.44.

Решение:

4.1.Общее число витков:

V (4.1)

4.2.Площадь сечения обмотки:

Q =lhk;( мм ) (4.2)

4.3.Число витков, приходящихся на 1 мм площади сечения обмотки:

w=w/ Q ; (4.3)

4.4.Выбирают обмоточный провод и определяют его диаметр.

ЛИТЕРАТУРА

1. Васин В.М. Электрический привод. М: Высшая школа, 1984г.

2. Кацман М.М. «Руководство к лабораторным работам по электрическим машинам и электроприводу. М: Высшая школа, 1983г.

3. Хализев Г.П. «Электрический привод». М., Высшая школа, 1977 г.

4. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода. М: Энергоиздат, 1981 г.

5.Справочник по автоматизированному электроприводу (под редакцией В.А.Елисеева и А.В.Шинянского), М: Энергоиздат 1983г.

6. В.И.Дьяков Типовые расчеты по электрооборудованию. М., «Высшая школа», 1991г.