Лекция 1. Общие понятия об электроприводе

Лекция 1. Общие понятия об электроприводе

Согласно ГОСТ 16593-79 «Электроприводом называется электромеханическое устройство предназначенное для приведения в движение рабочего органа машины и управления их технологическими процессами, состоящее из передаточного устройства, электродвигательного устройства, преобразовательного устройства и управляющего устройства»

 

 

Лекция 2 Механика электропривода

 

Простейшая механическая система состоит из двигателя и исполнительного механизма.

 

 

В ЭП действуют момент, развиваемый двигателем и момент статической нагрузки.

Момент, развиваемый двигателем, определяется типом двигателя, его схемой включения и параметрами.

Моменты статической нагрузки могут обладать активными и реактивными свойствами.

Активные моменты - это такие моменты, которые сохраняют свой знак при изменении знака скорости, они могут быть как движущими, так и тормозящими. Активный момент может создаваться силами веса, а также силами сжатия, растяжения или скручивания упругих тел.

Реактивные моменты возникают, как реакция на активный движущий момент, они всегда направлены в сторону, обратную движению и меняют свой при изменении знака скорости.

Различают нагрузки: типа сухого трения, типа вязкого трения и вентиляторного типа.

Зависимость момента в функции от скорости М=f(w) носит название механической характеристики.

Статический момент грузоподъемного механизма определяется по формуле:

где R – радиус барабана;

m – масса груза.

+w

подъем

 

+M_c

 

 

опускание

 

Сухим называют трение о твердую поверхность; так как присутствуют коэффициент трения покоя и коэффициент трения движения, то в момент трогания скорость сильно зависит от момента. При дальнейшем увеличении скорости движения сила сухого трения остается постоянной.

w

M_c(w)

 

 

 

М_{с трог}

M_{c трог}

 

Нагрузка вентиляторного типа наблюдается в турбомеханизмах (насосах, вентиляторах, компрессорах, различного рода воздуходувных механизмах и др.). Нагрузка характеризуется квадратичной зависимостью момента статического от скорости: М_сºw². Наиболее явно эта зависимость выражена для вентиляторов. Для других турбомеханизмов эта зависимость является более сложной: Мºw ^2,5…6.

Поэтому под характеристикой нагрузки понимают характеристику, особенностью которой является существенной снижение М_с по мере уменьшения скорости вращения.

w

 

 

 

М_с

 

Основное уравнение движения ЭП

 

Основное уравнение движения ЭП имеет вид:

или

Если М_дин=0, то ЭП движется с постоянной скоростью, т.е. находится в состоянии покоя, а режим называется статическим.

Если М_дин ¹0, то ЭП движется с ускорением если и с замедлением если , а режим работы называется динамическим.

Статический режим

Имея механическую характеристику двигателя и механическую характеристику механизма, можно установить точку статического режима, как точку пересечения с зеркальным отображением .

 

 

 

Движение в статическом режиме может быть устойчивым или неустойчивым. Если движение устойчиво, то при случайно возникшем отклонении скорости привод возвратится в точку установившегося режима.

Если по какой-либо причине до , то уравнение движения имеет вид: соответственно , т.е. привод ускоряется и система возвращается в исходную точку.

Рассмотрим графический метод определения устойчивости.

 

Приведение моментов инерции

При приведении исходят из равенства запасов кинетических энергий в действительной и эквивалентной схемах. Моменты инерции эквивалентной схемы можно записать: J=J_дв+J_м'

Условие равенства запасов кинетической энергии записывается:

.

Разделим обе части выражения на и получим .

Моментом инерции механизма пренебречь нельзя, так как он является самым большим в системе.

Если в системе имеется поступательно движущийся элемент, то его заменяют эквивалентным по запасу кинетической энергии элементом, находящимся во вращательном движении со скоростью вала к которому производится приведение.

А_поступ=А_вращ, т.е. откуда ,

где радиус приведения кинематической цепи.

Приведенный момент инерции системы может быть определен по формуле: .

 

Тормозные режимы ДПТ НВ

Они предназначены:

1) для поддержания постоянства скорости при активном моменте нагрузки (спуск грузов и движение под уклон);

2) для удержания в неподвижном состоянии механизма, подверженного действию активного момента (грузоподъемные механизмы);

3) для уменьшения скорости движения механизма при остановке или изменении технологического режима;

4) аварийный останов электропривода.

Для значительного большинства механизмов торможение является более ответственным и сложным по сравнению с пуском. При отказе пускового устройства может иметь место простой механизма, а при отказе тормозного устройства во многих случаях возможна серьезная авария.

Существуют механические и электрические методы торможения.

Механическое торможение ненадежно, так как при его протекании возникают токи короткого замыкания, что плохо сказывается на двигателе. Достоинством механического торможения является отсутствие дополнительного источника питания.

Существуют три способа электрического торможения, во всех тормозных режимах двигатель работает как генератор, отличие состоит в том, как ЭДС генератора направлена относительно напряжения сети.

1. Торможение с отдачей энергии в сеть (рекуперативное торможение).

 

 

 

если Е > U

M=kФ·I_я <0 - тормозной момент (знак "-").

Переход в этот режим будет иметь место, когда со стороны исполнительного механизма на вал двигателя действует момент нагрузки совпадающий по направлению с моментом, развиваемым двигателем (этот режим наблюдается при опускании тяжелых грузов, когда двигатель включили на спуск).

Уравнение механической характеристики для этого режима:

Как видно уравнение осталось прежним, т.к. переход из двигательного режима в режим рекуперативного торможения произошел без изменения параметров двигателя.

Механические характеристики этого режима являются продолжением двигательного режима во II – квадрант.

Данный вид торможения не позволяет уменьшать скорость и не может быть использован для полной остановки. Его достоинством является экономия электроэнергии.

2. Торможение противовключение

 

В этом режиме ЭДС машины и напряжение сети действуют согласно, а ток протекающий в данном режиме имеет значительное значение.

В режиме противовключения возможны два случая:

- изменяется знак скорости, при сохранении знака момента,

- изменяется знак момента, при сохранении знака скорости.

Первый случай имеет место при действии активного момента статической нагрузки, причем М_с >М_кз

 

 

 

Второй случай имеет место при перемене полярностей подводимого к якорю напряжения.

Ток в якоре изменит свое направл ение на противоположное и момент будет направлен в сторону противоположную скорости (будет тормозным). Процесс торможения будет протекать до полной остановки двигателя, затем двигатель разгонится в противоположную сторону.

Противовключение также называют реверсом. Реверсировать двигатель постоянного тока можно двумя способами:

1. Изменить полярность напряжения сети.

2. Изменить полярность напряжения на обмотке возбуждения.

Принято менять напряжение в якорной обмотке, хотя ток в якорной обмотке много больше, чем ток в обмотке возбуждения (Iя >>I овд). При I_овд ¯ до0, поток Ф ® 0, а скорость w ® ¥. Режим носит называется «вразнос» и является недопустимым по условиям механической прочности обмотки и по условиям ухудшения коммутации. Кроме того, обмотка возбуждения имеет большее количество витков, т.к. является высокоомной и обладает большей индуктивностью, а индуктивность замедляет процесс установления магнитного потока. При быстром изменении потока в обмотке может индуцироваться ЭДС, большее чем номинальное напряжение, что может привести к пробою изоляции.

Во избежание режима «вразнос» существует следующий порядок включения ДПТ: сначала подают напряжение на обмотку возбуждения и только потом на якорь, выключают двигатель наоборот.

 

3. Динамическое торможение или режим автономного генератора, в этом режиме якорь отключается от сети и замыкается на резистор.

Машина в данном случае является генератором, работающим на активную нагрузку, механическая энергия поступающая с вала преобразуется в электрическую и выделяется в виде тепла в якорной обмотке. Обмотка возбуждения при этом остается подключенной к сети.

-уравнение механической характеристики.

- уравнение электромеханической характеристики.

 

 

Динамическое торможение используется в качестве аварийного останова.

 

Изменяемыми параметрами ДПТ НВ могут быть R_яц, U и ф.

 

Тормозные режимы АД

1. Рекуперативное торможение

Условие этого торможения: , .

В двигательном режиме магнитное поле пересекает проводники обмоток статора и ротора в одинаковом направлении, поэтому и совпадают по фазе.

В генераторном режиме обмотка статора пересекается вращающимся магнитным полем в прежнем направлении, а обмотка ротора при - в противоположном и меняет свое направление. При работе АД в режиме рекуперативного торможения в сеть отдается активная мощность, а реактивная расходуется на создание магнитного поля.

 

 

2. Режим противовключения

 

а) б) при переключении 2-х фаз статора

 

 

3. Динамическое торможение АД

Осуществляется подачей постоянного тока в обмотки статора или подключением к ним емкости. Обмотка ротора замыкается на внешнее добавочное сопротивление.

Постоянный ток, протекающий по обмоткам статора, создает неподвижный в пространстве постоянный поток (неподвижный). При вращении от нагрузки ротора магнитный поток будет индуцировать в обмотках ротора ЭДС, которая вызовет переменный ток. В результате взаимодействия потока и тока ротора возникает тормозной момент. Энергия, поступающая с вала рассеивается на . Работа АД в режиме динамического торможения аналогична работе синхронного генератора на сопротивление в роторной цепи.

 

Регулирование скорости АД

 

Возможно двумя способами:

1.

- введением R и L в цепь ротора;

- введением R и L в цепь статора;

- введением противо-ЭДС в цепь ротора (режим двойного питания).

2.

- f=var (совместно с U₁=var)

- p=var (многоскоростные АД)

 

Регулирование скорости АД при

Для всех способов, относящихся к этой группе, характерным является изменение скольжения: . Это влечет за собой изменение мощности скольжения P_s, которая определяется как разность между мощностью, поступающей из сети Р₁ и мощностью передаваемой на вал Р₂:

Эта мощность рассеивается в виде тепла (при введении активного или индуктивного сопротивления), либо выводится из фазного ротора и используется полезно (при введении противо-ЭДС).

Частотное регулирование скорости АД

Является самым современным способом, потому что позволяет регулировать скорость самого массового и самого дешевого АД с к.з. ротором.

Для сохранения постоянства магнитного потока основным законом управления является закон: поскольку .

При законе , при особенно при малых

при малых возможно, что . АД интенсивно греется и его работа недопустима

При законе , при

Постоянство момента можно доказать следующим:

.

Лекция 6. Выбор двигателей

Лекция 1. Общие понятия об электроприводе

Согласно ГОСТ 16593-79 «Электроприводом называется электромеханическое устройство предназначенное для приведения в движение рабочего органа машины и управления их технологическими процессами, состоящее из передаточного устройства, электродвигательного устройства, преобразовательного устройства и управляющего устройства»