Основы электропривода, автоматизированный электропривод, теория электропривода 310 стр. (Укр)
Подождите немного. Документ загружается.
УДК 62-83 (075.8)
45 – РІЧЧЮ
від початку підготовки
електроприводників
за денною формою навчання
у Запорізькому національному
технічному університеті
ПРИСВЯЧУЄТЬСЯ
ПЕРЕДМОВА
Матеріал посібника – це узагальнення лекційних курсів,
прочитаних автором у різні роки на кафедрі електропривода і
автоматизації промислових установок Запорізького національного
технічного університету, дисциплін Основи електропривода,
Автоматизований електропривод, Теорія електропривода студентам
спеціальностей електротехнічного та машинобудівного факультетів.
Зміст посібника відповідає вимогам бакалаврських навчальних
програм дисциплін Основи електропривода та Теорія електропривода
спеціальностей, електропривод для яких не є основним фаховим
курсом, при написанні його використовувались відомі літературні
джерела [1, 2], результати наукових розробок автора, поради й
рекомендації фахівців очолюваної ним кафедри.
Навчальний посібник може стати у пригоді студентам при
вивченні теоретичного курсу названих дисциплін, при підготовці до
практичних занять та лабораторного практикуму.
Видання присвячене 45-й річниці від початку підготовки за
денною формою навчання спеціалістів з електромеханічних систем
автоматизації та електропривода у Запорізькому національному
технічному університеті.
Набором групи спеціальності „Електропривод і автоматизація
промислових установок та технологічних комплексів” восени 1959
року на ливарному факультеті була започаткована підготовка на
денному відділенні фахівців електротехнічного профілю. Роком
пізніше набирається ще одна група, вже спеціальності „Електричні
машини і апарати”. Ці групи разом з контингентом безвідривної
форми навчання лягли в основу створення в університеті в 1962 році
електротехнічного факультету.
Автор складає подяку студентам – електроприводникам
Роману Бєлікову та Олександру Соломасі за поміч у підготовці
рукопису до друку.
ЗМІСТ
Уведення....................................................................................................
....
8
1 Сучасний електропривод, його особливості, стан і напрямки
розвитку
1.1 Елементи автоматизованого
електропривода.......................................
14
1.2 Особливості й тенденції розвитку сучасного
електропривода...........
16
1.3 Курс ТЕОРІЯ
ЕЛЕКТРОПРИВОДА......................................................
18
1.4 Короткий історичний нарис розвитку
електропривода.......................
19
2 Механіка електропривода
2.1 Елементи механічної частини
електропривода....................................
22
2.2 Рівняння механічного
руху.....................................................................
24
2.3 Розрахункові схеми механічної частини
електропривода...................
25
2.4 Багатомасові механічні
системи.............................................................
29
2.5 Типові статичні навантаження
електропривода...................................
31
2.6 Режими роботи
електроприводів............................................................
33
3 Статичні характеристики виконавчих механізмів та
електродвигунів
3.1
Механізми.................................................................................................
37
3.2
Електродвигуни........................................................................................
43
3.3 Статичні механічна й електромеханічна характеристики
електродвигуна постійного струму незалежного збудження (ДПС
НЗ)..................
49
3.4 Режими роботи
електродвигунів............................................................
59
3.5 Статичні характеристики ДПС НЗ в гальмівних
режимах..................
60
3.5.1 Режим рекуперативного
гальмування.................................................
60
2
3.5.2 Режим гальмування
противвімкненням..............................................
62
3.5.3 Режим електродинамічного
гальмування...........................................
69
3.5.4 Використання електричних способів гальмування
електроприводів.........................................................................................................
....
73
3.6 Статичні механічні характеристики електродвигунів постійного
струму послідовного збудження (ДПС
ПЗ)................................................................
74
3.7 Статичні характеристики ДПС ПЗ у гальмівних
режимах..................
81
3.7.1 Режим гальмування
противвімкненням..............................................
82
3.7.2 Режим електродинамічного
гальмування...........................................
85
3.8 Статичні механічні характеристики електродвигунів постійного
струму мішаного збудження (ДПС
МЗ)......................................................................
90
3.9 Статичні характеристики ДПС МЗ у гальмівних
режимах.................
92
3.10 Статичні механічні характеристики асинхронних двигунів
(АД)....
98
3.10.1 Заступна схема
АД..............................................................................
99
3.10.2 Аналітичний вираз механічної статичної характеристики
АД......
10
2
3.11 Механічна статична характеристика АД у координатах S й M
SM
................................................................................................................
....
10
5
3.12 Аналіз механічної характеристики АД
SfM
, поданої у
вигляді спрощеної формули
Клосса............................................................................
10
8
3.13 Механічна характеристика АД у координатах
та
M
(залежність
)(Mf
)..............................................................................................
11
0
3.14 Узагальнення властивостей механічних характеристик
АД.............
11
2
3.15 Механічні характеристики АД у гальмівних
режимах......................
11
7
3.15.1 Рекуперативне гальмування (з віддачею енергії у
мережу)...........
11
8
3.15.2 Гальмування
противвімкненням.......................................................
12
1
3.15.3 Динамічне
гальмування......................................................................
12
5
3.15.3.1 Динамічне гальмування при незалежному
12
3
збудженні.................
5
3.15.3.2 Динамічне гальмування з
самозбудженням..................................
13
1
3.16 Механічні статичні та кутова характеристика синхронних
двигунів
(СД).................................................................................................................
13
3
3.16.1 Механічні характеристики
СД...........................................................
13
3
3.16.2 Кутова характеристика
СД.................................................................
13
5
3.16.3 Механічні статичні характеристики СД у гальмівних
режимах....
13
8
3.17 Механічні статичні характеристики двигунів у
багатодвигуневому
приводі........................................................................................................................
....
13
8
4 Регулювання координат електроприводів
4.1 Основні узагальнені показники регулювання швидкості
електропривода..........................................................................................................
....
14
5
4.1.1 Точність
регулювання..........................................................................
14
7
4.1.2 Діапазон
регулювання..........................................................................
14
8
4.1.3 Плавність
регулювання........................................................................
14
9
4.1.4 Стабільність
регулювання....................................................................
15
0
4.1.5 Напрямок
регулювання........................................................................
15
1
4.1.6 Допустиме навантаження у діапазоні
регулювання..........................
15
1
4.1.7 Швидкодія, коливальність,
перерегулювання...................................
15
6
4.1.8 Економічність регулювання
швидкості..............................................
15
7
4.2 Способи регулювання
швидкості...........................................................
15
9
4.3 Основні способи регулювання швидкості ДПС
НЗ..............................
16
0
4.3.1 Регулювання кутової швидкості за допомогою додаткових
резисторів у колі
якоря..................................................................................................
16
1
4.3.2 Регулювання швидкості ДПС НЗ змінюванням величини
магнітного
16
4
потоку..........................................................................................................
4
4.3.3 Регулювання швидкості ДПС НЗ шунтуванням
якоря.....................
17
0
4.3.4 Регулювання швидкості ДПС НЗ змінюванням напруги
живлення
якоря............................................................................................................................
....
17
3
4.4 Основні способи регулювання швидкості двигунів послідовного
збудження (ДПС
ПЗ).....................................................................................................
18
3
4.4.1 Регулювання швидкості ДПС ПЗ за допомогою резисторів у
якірному
колі..................................................................................................................
18
3
4.4.2 Регулювання швидкості ДПС ПЗ змінюванням магнітного
потоку
18
5
4.4.3 Регулювання швидкості ДПС ПЗ змінюванням напруги
живлення
18
7
4.5 Регулювання координат
АД....................................................................
19
0
4.5.1 Регулювання швидкості АД за допомогою резисторів у колі
ротора..........................................................................................................................
....
19
1
4.5.2 Регулювання швидкості АД за допомогою резисторів у колі
статора........................................................................................................................
......
19
3
4.5.3 Регулювання швидкості АД змінюванням числа пар
полюсів.........
19
5
4.5.4 Регулювання координат АД змінюванням напруги живлення
статора........................................................................................................................
....
20
3
4.5.5 Частотне
регулювання..........................................................................
20
5
5 Перехідні режими в ЕП
5.1 Загальна
характеристика.........................................................................
21
9
5.2 Класифікація виконавчих механізмів у залежності від характеру
дії статичного момента опору
(Мс)...................................................................................
22
2
5.3 Пуск ДПС НЗ до основної швидкості при одному ступені
пускового
реостата........................................................................................................
22
4
5.4 Пуск ДПС НЗ до основної швидкості при багатоступінчастому
пусковому
резисторі......................................................................................................
23
0
5.5 Пуск ДПС НЗ з урахуванням електромагнітного перехідного
5
процесу.......................................................................................................................
....
23
4
5.6 Перехідний режим динамічного гальмування ДПС
НЗ.......................
23
8
5.7 Перехідні режими в ЕП з трифазними асинхронними
двигунами......
24
1
6 Вибір електродвигунів
6.1 Нагрівання й охолодження двигунів. Класифікація режимів
роботи ЕП у відповідності до характеру змінювання
навантаження....................................
24
9
6.1.1 Тривалий (довготривалий) номінальний режим
(S1)........................
25
0
6.1.2 Короткочасний номінальний режим
(S2)...........................................
25
2
6.1.3 Повторно – короткочасний номінальний режим
(S3).......................
25
3
6.1.4 Номінальні режими S4 -
S8..................................................................
25
5
6.1.5 Навантажувальні діаграми
електроприводів......................................
25
6
6.1.6 Розрахунок потужності електродвигуна при тривалому режимі
роботи (S1) й незмінному
навантажені.......................................................................
26
0
6.1.7 Розрахунок потужності двигуна при тривалому режимі роботи
S1 й змінному циклічному
навантаженні.........................................................................
26
2
6.1.8 Визначення допустимої частоти вмикань АД з
короткозамкненим
ротором.......................................................................................................................
....
26
8
7 Основи автоматичного керування електроприводами
7.1 Вступна
частина.......................................................................................
27
2
7.2 Зображення й позначення елементів електричних схем. Загальні
правила виконання
схеми.............................................................................................
27
4
7.3 Розімкнені системи автоматичного
керування.....................................
28
6
7.3.1 Принципи автоматичного керування в розімкнених релейно –
контакторних
систем.....................................................................................................
28
6
7.3.2 Керування пуском ДПС у функції кутової
швидкості......................
28
9
7.3.3 Керування пуском ДПС у функції
29
6
струму..........................................
2
7.3.4 Керування пуском ДПС у функції
часу..............................................
29
5
7.4 Замкнені системи автоматичного
керування........................................
30
0
7.4.1 Основи автоматичного керування електроприводів постійного
струму.........................................................................................................................
....
30
2
7.4.2 Основи автоматичного керування електроприводів змінного
струму.........................................................................................................................
....
30
4
7.4.3 Стежний
електропривод.......................................................................
30
7
7.4.4 Основи програмного керування
ЕП....................................................
30
9
Перелік
посилань.........................................................................................
31
1
7
УВЕДЕННЯ
Усі споруди й будівлі, які створені людиною слід
поділити на дві групи.
1 група. Споруди, які не припускають взаємного
переміщення (руху) одних його частин відносно інших (за
винятком температурних переміщень). Це будинки, мости,
ємності, вежі, башти й таке інше.
2 група. Споруди, які мають взаємне переміщення (рух)
одних його частин відносно інших. Це механізми й машини.
Сучасний машинний пристрій складається з великої
кількості окремих машин, механізмів, апаратів, вузлів й деталей,
які виконують різні функції, а усі разом узяті здійснюють певну
роботу, спрямовану на забезпечення певного виробничого
процесу.
Будь-який розвинений машинний пристрій складається з
трьох основних частин:
- двигуна;
- передавального механізму;
- робочого органа.
Перші дві частини призначені для приведення до руху
третьої, тобто робочого органа. Отже, перші дві частини являють
собою ПРИВОД.
Найбільш простий та давній привод – мускульний, він у
деяких різновидах зберігся і до теперішніх часів. Наприклад,
ручний, ножний, кінний й таке інше.
На зміну мускульному приводу прийшов механічний
(використання енергії вітру та води), який майже такий
стародавній, як і мускульний. Відоме застосування водяних
8
колес ще за 3000 років до н.е. (Китай). Зараз також широко
використовується механічний привод:
- парові, газові й гідравлічні турбіни;
- двигуни внутрішнього згоряння;
- пневмодвигуни;
- гідродвигуни й таке інше.
Але основним видом привода зараз є електропривод (ЕП), обсяг
його використання незрівнянно більше усіх приводів інших
типів разом узятих.
Визначення електричному приводу можна дати таке.
Електропривод – це електромеханічна система, що
складається з електродвигуневого, перетворювального,
передавального та керуючого пристроїв, призначена для
приведення до руху виконавчих органів робочої машини, й
керування цим рухом.
В окремих випадках цій системі бракують
перетворювальні та передавальні пристрої.
Сучасним ЕП властивий високий ступінь автоматизації їх
роботи. Це забезпечує можливість роботи ЕП у найбільш
оптимальних режимах.
Структурна схема системи автоматизованого ЕП наведена
на рисунку У.1.
9
Рисунок У.1 – Структурна схема автоматизованого ЕП.
На рисунку прийняті такі умовні позначення:
ÇÏ
– задавальний пристрій;
ÊÏ
– керуючий пристрій;
СП
– силовий перетворювач (перетворювальний
пристрій);
Ì
– електродвигун (електромашинний перетворювач);
ÏÏ
– передавальний пристрій;
ÐÎ
– робочий орган;
ÄÇÇÅ
,
ÄÇÇÌ
– давач зворотнього зв’язку електричний,
механічний відповідно;
ÑÊ
– система керування (складається із силової частини
ÑÏ
й інформаційної частини;
ÅÄÏ
– електродвигуневий пристрій;
Ì×
– механічний передавальний пристрій (механічна
частина) ЕП;
ì
²
,
ì
U
– струм і напруга мережі живлення відповідно;
I
,
U
– струм і напруга живлення двигуна відповідно;
p
– кутова швидкість робочого органу.
Електрична енергія, що споживається з мережі
(автономного джерела), і яка має нерегулівні параметри
ì
²
,
ì
U
у силовій частині
ÑÏ
системи керування
ÑÊ
перетворюється у регулівну параметрами
I
,
U
, а звідти
подається на обмотку електродвигуна
Ì
, де вона
перетворюється у механічну потужність на валу двигуна з
кутовою швидкістю
. Механічна енергія від вала двигуна
подається механічному перетворювальному пристрою
ÏÏ
,
який здійснює подальше її перетворення
.
Ця енергія надходить
на робочий орган
ÐÎ
машини. Керуючий пристрій
ÊÏ
здійснює керування силовим перетворювачем
ÑÏ
одержуючи
командні сигнали від задавального пристрою
ÇÏ
та поточну
інформацію про стан
ÅÏ
й технологічного процесу, що
виконує
ÅÏ
, за допомогою давачів зворотних зв’язків
електричних
ÄÇÇÅ
або механічних
ÄÇÇÌ
. За допомогою цих
давачів струм, напруга, потужність електродвигуна; зусилля,
10