| Шпора по электротехнике | |
| Автор: drug | Категория: Технические науки / Электроэнергетика | Просмотров: | Комментирии: 0 | 01-01-2013 22:21 |
1. Назначение и классификация ЭМС.
ЭМС предназначены для обеспечения движения исполнительных механизмов технологического оборудования при ручном и автоматическом управлении.
ЭМС состоит из управляющего устройства (УУ), э/двигательного устройства, редукторного устройства (Р), обеспечивающих движение исполнительного органа. В состав может входить измерительное устройство (ИУ). ЭМС обеспечивает, по заданной обычно в виде программы информации, переработку электрической энергии в движение исполнительного органа.
Классификация ЭМС:
1) по способу управления
• с ручным
• с автоматическим
2) по роду тока
• переменного
• постоянного
3) по виду электрической машины
• асинхронная
• синхронная
• постоянного тока
Приведение параметров ЭМС
Приведение обычно осуществляется к валу приводного двигателя, что повышает наглядность и облегчает проведение расчетов.
а) Приведение Мс осуществляется из равенства мощности двигателя и мощности сопротивления нагрузки без учета КПД .
;
Мс* – приведенный момент сопротивления к валу двигателя.
В установившемся режиме Мд=Мс*
т.к. ; Это снижает момент инерции все легче работает.
б) Приведение момента инерции Jm осуществляется из равенства кинетических энергий развиваемых моментом инерции на механизме и приведенным моментом инерции на валу двигателя.
2) Электрические машины (ЭМ)
Назначение и развитие ЭМ
ЭМ – это э/механический преобразователь энергии предназначенный для преобразования механической энергии в электрическую (на эл/станциях), обратного преобразования электрической энергии в механическую, а также для передачи эл/сигналов в устройства автоматики.
Преимущества эл/машин
1. высокий КПД 95-99%
2. малый габаритный вес
3. экономное расходование материалов
4. удобство подвода и отвода энергии
5. высокая надежность и долговечность (до 20 лет)
6. простота управления и обслуживания
7. низкая стоимость при массовом производстве
8. экологическая чистота
Классификация ЭМ
1. по роду тока – переменного а) асинхронная б) синхронная – постоянного (МПТ)
2. по мощности —низкой ≤ 10 кВт—средней ≤ 100 кВт—большой 100 кВт—≤ 600Вт – микромашины
3. по частоте вращения —низкооборотистые ≤ 1500 об/мин— среднеоборотистые ≤3000 об/мин— высокооборотистые 3000 об/мин
4. по назначению —Эл/генераторы—Эл/двигатели—Электромашинные преобразователи—а) переменноепостоянное — б) постоянноепеременное
– Эл/усилители (для управления объектами большой мощности сигналами малой мощности)
3) Назначение и развитие ЭМ
ЭМ – это э/механический преобразователь энергии предназначенный для преобразования механической энергии в электрическую (на эл/станциях), обратного преобразования электрической энергии в механическую, а также для передачи эл/сигналов в устройства автоматики.
Преимущества эл/машин
– высокий КПД 95-99%
– малый габаритный вес
– экономное расходование материалов
– удобство подвода и отвода энергии
– высокая надежность и долговечность (до 20 лет)
– простота управления и обслуживания
– низкая стоимость при массовом производстве
– экологическая чистота
Развитие ЭМ с 1825 г. с открытия Фарадеем закона Электромагнитной индукции.
1838 г. машина постоянного тока Якоби.
1889 г. Доливо-Добровольский – асинхронная машина (АМ).
С начала ХХ века массовое производство ЭМ.
4) Принцип действия ЭМ
а) – генераторный режим работы
Если подсоединим проводник к нагрузке, то по нему потечет ток.
б) – двигательный режим работы
При взаимодействии поля Ф с током I, возникает эл/магнитная сила , которая перемещает проводник со скоростью V.
Неподвижная часть ЭМ – статор или станина, подвижная ¬– ротор.
Обмотка, в которой индуцируется ЭДС, называют якорной, а часть ЭМ – якорем.
Обмотка, создающая магнитный поток Ф, называется обмоткой возбуждения, а часть ЭМ – индуктором.
5) Классификация ЭМ
1)по роду тока – переменного а) асинхронная б) синхронная – постоянного (МПТ)
2)по мощности —низкой ≤ 10 кВт—средней ≤ 100 кВт—большой 100 кВт—≤ 600Вт – микромашины
3)по частоте вращения —низкооборотистые ≤ 1500 об/мин— среднеоборотистые ≤3000 об/мин— высокооборотистые 3000 об/мин
4)по назначению —Эл/генераторы—Эл/двигатели—Электромашинные преобразователи—а) переменноепостоянное — б) постоянноепеременное
– Эл/усилители (для управления объектами большой мощности сигналами малой мощности)
Микромашины подразделяются на
а) силовые двигатели (обеспечение движения исполнительных органов)
б) управляемые двигатели (для отработки электрических сигналов усиливаемых специальными усилителями)
в) тахогенератор – датчик обратной связи по скорости
г) вращающиеся трансформаторы, преобразующие перемещение в напряжение (являются ДОС по перемещению)
д) сельсин
Номинальные данные ЭМ, используемые в качестве паспортных данных и отраженные на металлических пластинах, прикрепляемых к корпусам ЭМ.
Мощность Р
Напряжение U
Ток I
КПД
Коэффициент мощности cos
Частота сети fс
Число фаз m переменный ток
Тип изоляции обмоток
А также для монтажа и эксплуатации вес, схемы соединительных обмоток.
6) Асинхронные машины (АМ)
Назначение и принцип действия АМ
АМ составляют 90% от всех ЭМ в мире по мощности 50% ЭМ – АМ.
Асинхронный двигатель создан Д.Добровольским 1889 – 91 гг. Он был 3-х фазный.
В настоящее время выпускаемые серии асинхронных двигателей 4А, АИ
На статоре 1 АМ в пазах расположена 3-х фазная обмотка 2 Ам,Ак,Вн,Вк,Ск,Сн (т.е число фаз статора m=3).
Если подключить обмотки статора к 3-х фазному переменному круговому полю Ф1 вращающимся с частотой ; f1– частота сети и частота изменения магнитного поля f1=50 Гц, Р – число пар полюсов, n1–синхронная частота вращения поля.
На роторе 3 расположены обмотки 4 коротко – замкнутые или фазные.
Пи пересечении обмотки ротора полем Ф1 в ней индуцируется ЭДС. Если обмотка замкнута, то возникает переменный ток в обмотке ротора, который взаимодействует с магнитным потоком и образуется электромагнитные силы.
Э/М силы приложены к проводникам обмотки ротора и создают вращающийся момент М, вращающий ротор с частотой n2=n1(1-S), где S-скольжение
; S – обеспечивает взаимное движение проводников ротора и магнитного поля статора, что обеспечивает скорость и ЭДС.
– номинальное значение угловой скорости.
7) Устройство асинхронных машин
Статор АМ представляет собой магнитопровод набираемый из листов э/технической стали толщиной 0.5 мм. Он собирается в пакет и запрессовывается в корпус. На внутренней поверхности пакета (магнитопровода) располагаются пазы z=18-24 штук, в них укладывается m-фазная обмотка. Число пазов, приходящееся на плюс и фазу . Если , то обмотка распределенная , если q=1, то обмотка сосредоточенная.
пазы могут быть: прямоугольными, трапециидальными, круглыми. Туда укладывается медный проводник или • сечения, • – для машин большой мощности (пазы и проволока)
– полюсное деление;
у– шаг обмотки
Если у=τ – удлиненный шаг
у > τ – удлиненный шаг
у < τ – укороченный шаг (обмотка должна укладываться в 2 слоя) (у=0,8τ)
Пазы могут иметь скос т.е. наклон к образующей
Распределение обмотки её укорочение, расположение в 2 слоя и скос пазов обеспечивают синусоидальное распределение магнитного поля , а также ЭДС и МДС (эл/движущих сил и эл/магнитных сил). Это обеспечивает отсутствие влияния высших гармоник на Эл/магнитный момент М.
8) Устройство ротора
Ротор АМ может быть короткозамкнутым и фазным. В обоих случаях сердечник ротора выполняется шихтованным т.е. из листов электротехнической стали, которые прессуются и насаживаются на вал. У короткозамкнутого ротора обмотка образуется заливанием в пазы расплавленного алюминия. Одновременно отливаются торцевые кольца, замыкающие эти обмотки и полости вентиляторов. После этого сердечник обтачивается.
Машины большой мощности имеют ротор, обмоткой которого являются медные стержни. По торцам они привариваются к медным кольцам для замыкания. Фазный ротор выполняется обычно по схеме звезда
Ротор 1 с фазной обмоткой 2 концы которой припаяны к контактным кольцам 3 , вращающимся на валу ротора. С контактных колец ток снимается щетками 4, которые соединены с реостатом R, при помощи которого осуществляется замыкание этих обмоток, а также изменение пускового тока
АМ с короткозамкнутым ротором проще, дешевле, более распространены, но имеют высокий пусковой ток в 6–7 раз превосходящий IНОМ и малый пусковой момент.
АМ с фазным ротором конструктивно сложнее, дороже, но имеют больший момент при меньшем токе.
9) ЭДС и МДС АМ
Магнитное поле Ф1 пересекает проводники ротора с частотой , поэтому в них индуцируется ЭДС Е2S изменяющееся с частотой т.е. ;
m2 –число фаз; m2=числу пазов;
ω2–число витков;
Коб2– обмоточный коэффициент, учитывающий распределение, укорочение обмотки, а также скос пазов.
;
Магнитный поток Ф1 взаимодействует с потоком обмотки ротора и создается МДС, вращающаяся с частотой ;
Т.е. магнитное поле статора вращается с частотой n1 и поле или МДС ротора n2 тоже вращается с частотой n1.
10) Энергетическая диаграмма АМ
Потери энергии в АМ оказывают большое влияние на её работоспособность. К статору из сети подводится мощность cos–коэффициент мощности (угол между U и I)
В статорной обмотке происходят потери электрические ΔРэл1 (от рабочего тока из-за сопротивления), а в магнитопроводе – магнитные ΔРм1. В результате со статора на ротор через малый зазор передается эл/магнитная мощность Рэм
Рэм=Р1-ΔРэл1-ΔРм1
В роторной обмотке происходят потери ΔРэл2. Магнитные потери в роторе малы т.к. f2 значительно меньше f1 (f2<<f1). В результате на роторе возникает механическая мощность
Рмех=Рэм-ΔРэл2;
Р2=Рмех - ΔРтр ;
ΔРтр–мощность на трение (воздух, подшипники);
Р2–входная мощность на валу АМ
М – эл/магнитный момент; ω1–частота вращения эл/магнитного поля
ω2– скорость ротора
Т.о. электрические потери ΔРэл2–определяют величину скольжения и другие параметры АМ в том числе КПД.
;
η<1-S
Пример при Р2 < 1кВт S≥10% η 100кВт S98-99%
11) Эл/магнитный момент АМ
ψ2–угол между ЭДС и током (сдвиг фаз между I2 и E2S);
;
;
ω2–число обмоток ротора
Ф–магнитный поток
где –конструктивный коэффициент АМ
Эл/магнитный момент зависит от действительного значения тока I2 и магнитного потока Ф.
М→
Если (угол ψ2)–М-отриц.
Если (угол π-ψ2)–М- отриц
(ψ2=π/2)¬–М=0
Очень трудно определить у работающей АМ ток I2 , магнитный поток и эл/магнитный момент М, поэтому используют инженерно-технические методики определения М.
12) Схемы замещения АМ
Схемами замещения называют обмотки АМ в виде активных и индуктивных сопротивлений, что позволяет определить I и U в них и другие энергетические показатели, т.е. рассчитать параметры АМ.
Схемы замещения обмоток ротора.
1. Схемы замещения вращающегося ротора
L2 – индуктивность обмотки ротора
2. Схема замещения заторможенного ротора (без учета скольжения s).
Эти схемы с энергетической точки зрения не эквивалентны друг другу. Мощность, отдаваемая в схеме замещения вращающегося ротора:
Мощность по схеме замещения заторможенного ротора (без учета скольжения s):
3. Схема замещения заторможенного ротора (с учетом скольжения s).
В схеме имеется два сопротивления. Одно позволяет определить (без учета скольжения), а другое (с учетом скольжения)
13) Полные схемы замещения
В полных схемах замещения учитываются параметры обмотки статора.
Т – образная схема замещения (для одной фазы).
Параметры обмотки ротора в схеме пересчитываются по правилам ТОЭ при включении ее в общую схему.
- полное сопротивление контура статора
- полное сопротивление ротора
- полное сопротивление намагничивающего контура, который создает в воздушном зазоре магнитное поле АМ
Г – образная схема замещения (для одной фазы).
Здесь намагничивающий контур и контур обмотки статора вынесены на вход фазной обмотки, что позволяет использовать параметры обмоток статора и ротора в расчетах энергетических показателей и в частности момента.
14) Механические характеристики (МХ) АД.
МХ называется зависимость скорости вращения от момента в установившемся режиме.
Мд = Мс*
Для АД
МХ по Г – образной схеме замещения.
МК = ММАКС при SК
При S от 0 до , момент возрастает так как возрастает значение тока , а затем при момент падает так как и становится более сильным чем ток. Этот провал объясняется влиянием высших пространственных и временных гармоник. Пространственные гармоники возникают от наличия зубцов на статоре и роторе, от тех. погрешностей и от не синусоидальности МДС. Временные гармоники возникают от не синусоидальности питающего напряжения.
15) МХ по приближенной формуле.
Приближенной она называется потому, что выводится по схеме заторможенного ротора.
Разделим разделим знаменатель на , получим
Эта формула является приближенной потому, что она не учитывает параметров обмотки статора, но она дает хорошую точность при S от 0 до .
16) МХ производственных механизмов.
Механической характеристикой механизмов называется зависимость скорости вращения механизма от момента сопротивления нагрузки в установившемся режиме.
1. МХ не зависящая от скорости
а) реактивная - характеристика типа «сухого» трения, обычно встречается в приводах подач станков
б) активная, чаще всего – вес узла
2. Линейно зависящая от скорости - МХ типа «вязкого» трения.
3. Не линейно зависящая от скорости - МХ «вентеляторная».
4. Не линейно спадающая , при мощности сопротивления РС = const. Эта характеристика встречается в приводах главного движения
18) Нагревание электродвигателей.
Нагрев электродвигателей снижает их работоспособность, как и электромеханической системы (ЭМС) в целом. Нагрев прежде всего приводит к старению электродвигателя и его обмоток и снижению срока службы до капитального ремонта.
Нагрев электродвигателей происходит из-за потерь энергии в виде потерь мощности .
К постоянным потерям относятся магнитные потери (гистерезис), к переменным потерям относятся электрические потери в обмотках от рабочего тока. Температура нагрева электродвигателя называется перегревом и обозначается как ,
- температура окружающей среды.
Перегрев изменяется по экспоненциальному закону, так как часть энергии, тепла, температуры уходит в окружающую среду.
- установившееся значение перегрева;
- постоянная времени нагрева.
- время, в течение которого установился бы перегрев , если бы нагревание происходило линейно без отдачи тепла в окружающую среду.
при
Охлаждение электродвигателя происходит так же по экспоненте
для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором с диаметром ротора .
для двигателей постоянного тока с диаметром вращающихся частей около .
19) Классы изоляции обмоток.
Обмотки электродвигателей являются наименее теплостойкими элементами, по ним проходит ток, от которого стареет изоляция. Классы изоляции нормируются по ГОСТ.
Классы изоляции E B F H C
E – бумага, шёлк, лак серии A, A0.
B, F, H – стекловолокно, асбест, лак.
Превышение температуры на приводит к уменьшению срока службы в 2 раза.
20) Режимы нагружения электродвигателей.
Режимы нагружения электродвигателей разнообразны: циклы, переменные режимы, пуски, остановы.
Режимы нагружения нормируются по ГОСТ:
S1 – продолжительный режим;
S2 – кратковременный режим;
S3 – повторно-кратковременный;
S4-S5 – режимы с частыми пусками и торможениями;
S6-S8 – перемежающиеся режимы.
Электродвигатели выпускаются на определённый режим, который считается для них номинальным.
S1 – продолжительный режим.
S2 – кратковременный режим.
- время работы;
- время остановки.
На выпускаемых двигателях .
S3 – повторно-кратковременный.
- время цикла;
- время работы;
- время остановки.
не больше 10 мин.
- продолжительность включения.
S4-S5 – режимы с частыми пусками и торможениями.
S6-S8 – перемежающиеся режимы, включают в себя пуски, торможения, реверсы, пуски на разнообразных скоростях с реверсом.
21) Выбор типоразмера ЭД.
Тип ЭД выбирают в зависимости от назначения АД, СД. ДПТ. Выбор типоразмера - это выбор по мощности и по частоте вращения из какой-то серии. Правильный выбор типоразмера определяет производительность, надежность, точность, окупаемость и другие свойства. Для регулируемых ЭМС выбор определяют также статические и динамические характеристики. Если Рном<Ртреб – снижается КПД, cos , увеличивается себестоимость. Выбор типоразмера осуществляется по нагрузочным диаграммам Р=f(t) или М=f(t), учитывается работа на холостых ходах, при пусках, торможениях, в рабочих режимах.
Основным условием выбора является соотношение
РднРтреб
нм , м – угловая скорость механизма.
; .
Для ступенчатого цикла группы
;
.
Для АД: ;
- коэффициент из-за возможного падения напряжения сети.
Далее двигатель проверяется по нагреву, перегрузочной способности и условиям пуска.
5. Проверка ЭД по нагреву для режима S1 при постоянной и циклической нагрузке методом средних потерь.
а) при постоянной нагрузке
Если ЭД выбран с мощностью двигателя номинальной РднРтреб (требуемая), то проверка по нагреву не требуется;
б) при циклической нагрузке
Проверка по нагреву может осуществляться прямыми или косвенными методами. При прямых методах строятся графики зависимости =f(t) и . Строятся эти графики по тепловым моделям (это очень сложно). Проще использовать косвенные методы.
Метод средних потерь.
Здесь считается, что количество энергии в виде потерь мощности, выделяемых в двигателе, равняется количеству энергии, отдаваемой в окружающую среду в виде тепла.
В ЭД: - в окружающую среду;
; - время цикла;
А – теплоотдача в окружающую среду (А=const);
.
ЭД не перегревается, т.е. ( - установившаяся) при .
Обычно график нагрузки имеет конечное число участков, поэтому
;
- потери на i-ом участке. КПД ( ) определяется по справочным данным для каждого ЭЛД на данном участке.
Проверка ЭД по нагреву для режима S1 при циклической нагрузке методом эквивалентных величин.
а) метод эквивалентного тока
;
; - потери в обмотках от электрического тока; ;
за потери эквивалентны =
;
и могут быть сокращены;
;
- тогда не перегревается;
б) метод эквивалентного момента
Большинство ЭД (ДПТ, АД на рабочих участках) имеют момент, прямо пропорциональный току
; отсюда ;
в) метод эквивалентной мощности
; при =const , поэтому (наименее точная формула, т.к. принято много допущений).
Проверка ЭД по нагреву для режима S1 при частых пусках, торможениях и торможениях.
Используется метод средних потерь с учетом ухудшения охлаждения.
А – потери энергии в Дж при пуске (Ап) и торможении (Ат).
;
- коэффициент ухудшения охлаждения при останове;
- для защищенных самовентилируемых ЭД;
- для закрытых ЭД со встроенным вентилятором;
- для закрытых ЭД с принудительной вентиляцией от вентилятора с отдельным двигателем;
- коэффициент ухудшения охлаждения при пуске и торможении;
; при : - на номинальной скорости ухудшения охлаждения нет;
- двигатель не перегревается.
22) Проверка ЭД по нагреву для режима S1.
Возможны 2 варианта:
а) и - то проверки по нагреву нет;
б)
- проверка по нагреву требуется (методом эвивалентног момента).
Проверка ЭД по нагреву для режима S1.
а) ; (ПВ-продолжительность включения), то проверка по нагреву не нужна;
б) , то - требуется проверка по нагреву;
(для S2 и S3).
23) Проверка ЭД по перегрузочной способности и условиям пуска.
1) по перегрузочной способности :
для АД: ( - критический момент);
для ДПТ: ( - номинальный момент);
2) по условиям пуска: ( - берется из справочника).
24)Определение допустимого числа включений в час (h).
Некоторые ЭД в технологическом оборудовании работают с числом включений .
; - задается технологическими параметрами, поэтому чтобы определить h, предполагают, что количество энергии, выделяемое в ЭД, должно быть равно количеству энергии, отдаваемой в окружающую среду.
В ЭД: .
В окружающую среду энергия отдается пропорционально (фактически номинальным потерям); ;
;
, т.о. ;
;
;
;
h снижается при увеличении потерь энергии при пуске ( ) и торможении ( ), при ухудшении охлаждения и при увеличении продолжительности включения .
25) Определение статической устойчивости ЭМС АД.
При работе в установившемся режиме АД в ЭМС они должны быть статически устойчивы при малых изменениях момента и скорости. При этом необходимо рассмотреть совместную работу АД и механизма по их механическим характеристикам.
В установившемся режиме ( - момент сопротивления нагрузки). При отклонениях скорости или момента возникает переходной процесс под действием динамического момента . ЭМС будет устойчива, если динамический момент и отклонение скорости будут иметь разные знаки. ЭМС статически устойчива, если отношение динамического момента и отклонения скорости меньше 0: 0 – условие устойчивости.
При малых перемещениях механические характеристики могут быть заменены отрезками прямых. Эти отрезки могут быть выражены через жесткость механической характеристики: , поэтому ; ; следовательно ;
- жесткость двигателя; - жесткость механизма.
<0.
<0 – условие устойчивости через жесткость механической характеристики.
Пример. В т. А ; ;
10 А
4. По виду объекта управления.
а) для управления электрооборудованием
б) управление распределительными сетями
5. По наличию механических элементов
а) контактные (электромеханические или коммутационные
б) статические или бесконтактные
6. По принципу управления
а) ручные
б) автоматические или дистанционные
31) Ручные аппараты для коммутации цепей управления.
Работа технологического оборудования начинается с выбора режима
работы, способа управления, подключения необходимых приводов, вспомогательных устройств (смазки, выбор инструмента, уборка стружки), а также устройств контроля, сигнализации и освещения. Для этого используются кнопки управления, выключатели, переключатели и т. д.
Основой этих аппаратов являются электрические контакты. По конструкции они бывают: а) мостиковые
Подвижные контакт премещается толкателем 3 и замыкается с неподвижным контактом.
X0 – раствор контакта
Могут образовываться искры или дуги при замыкании и размыкании.
б) рычажные
Подвижный контакт 1 перемещается толкателем и замыкается с «неподвижным», который являясь пружиной смещается на величину провала Xn. 4 – диэлектрическая стойка для закрепления контактов.
в) электромагнитные
Пружинные контакты 1 (посеребренные) запаяны в стеклянную колбу 2 заполненную инертным газом. При подаче на обмотку 3 напряжения контакты притягиваются, т. к. через них замыкается магнитный поток. Это герметизированные контакты – герконы.
По принципу действия и обозначению контакты могут быть:
а) замыкающими
б) размыкающими
в) силовой
Кнопками управления называются аппараты, подвижные контакты которых перемещаются и срабатывают при нажатии на толкатель.
Условное графическое изображение и обозначение.
Кнопки управления различают по числу контактов (1-4) по виду толкателя (цилиндр, прямоугольный, грибовидный).
Кнопки управления могут иметь надписи или пиктограммы (графические изображения).
Кнопки управления объединяются в станции, в них кнопки включающие движение утапливаются под лицевую панель. Кнопки отключающие движение – выступают.
Переключатели могут быть пакетными, кулачковыми, универсальными и могут обеспечить и переключении до 48 элементов цепей одновременно, то есть это поворотные, барабанные и так далее. Такие аппараты называют иногда коммандоконроллерами.
32) Автоматические аппараты для цепей управления
Они разнообразны в зависимости от используемых явлении: электрические, магнитные, механические, тепловые, газовые, жидкостные, оптические и т.д. Так же комбинированные. Наиболее распространенными являются реле, которые предназначены для выполнения логических и измерительных функции с токами . Наиболее распространены электромагнитные реле.
На катушку 1 подается напряжение УУ ,в сердечнике 2 возникает магнитный поток, который замыкается через ярмо 3 и якорь 4, который притягивается к сердечнику 2. при этом подвижный контакт 5 замыкается с неподвижным контактом 6, обеспечивая коммутацию выходного напряжения . Пружинные контакты закреплены в пластмассовой стойке 7. пружина 8 служит для возврата якоря и контакта 5 при отключении реле. Наконечник 9 латунный используется для устранения залепания якоря. Медное кольцо 10 обеспечивает запас электромагнитной энергии и при отключении, особенно в реле времени может обеспечить выдержку времени при отклучении.
Основной характеристикой реле является статическая или релейная характеристика.
При изменении тока управления Iу (Uу) от 0 до тока срабатывания Iср при Uвых = 0. При Iср Uвых скачком изменяется до UК (напряжения коммутации). При дальнейшем увеличении Iу (Uу) Uвых не меняется. При уменьшении Uу при Iотп происходит отключение реле, т.е. Uвых = 0.
Характеристика определяет коэффициент возврата , либо .
При КВ → 1 способность к быстродействию реле повышается.
По чувствительности, т.е. по реле:
А) высокочувствительные – мощность управления Ру < 10 мВт
Б) среднечувствительные - Ру < 5 мВт
В) никочувствительные - Ру 500 Вт Б) промежуточные РК = 2 •106.
33) Автоматические аппараты для коммутации
силовых цепей.
Основным из них является контакторы – это аппараты, обеспечивающие питание напряжением силовые цепи эл/оборудования (ЭД).
КМ – контактор при подаче напряжения Uу через кнопку управления КУ на обмотку 1, сердечник 2 из листовой стали, при этом намагничивается и притягивается якорь 3 из того же материала.
Вал 4 поворачивается и подвижная часть контакта 5 замыкается с неподвижной. На валу 4 также могут быть и вспомогательные или блок-контакты. Главные силовые контакты выполняются с накладками в виде «сухарей» из красной холодно тянутой меди, прикрепляются винтами. Для маломощных контакторов накладки выполняются металлокерамическими из сплава кадмия с серебром или медью. Эти контакторы могут выполнятся прямоходовыми. Изображенный контактор является прямоходовым. Катушка контактора выполняется с большим числом витков малого диаметра, т.е. с большим сопротивлением, поэтому Iу = 100 – 300 мА.
Условное обозначение:
Контакторы различаются по:
А) роду тока главных контактов (переменный или постоянный)
Б) току цепи управления: постоянный (24 В) или переменный (110 В)
В) категории применения
для переменного тока АС-3 с отключением при ωном ,Iном , Мном , Iвкл=6 Iном для динамического торможения
АС-4 с отключением при ω=0 и Iвкл/откл= 6 Iном для торможения противовключением.
34) Назначение и классификация
Магнитных пускателей.
Магнитные пускатели предназначены для дистанционного пуска АД с короткозамкнутым ротором, непосредственным подключением их к сети, а также для их остановки.
Классификация:
1) по назначению
а) нереверсивные
б) реверсивные
2) по наличию тепловых реле
а) с тепловыми реле
б) без
3) по наличию электрических блокировок
а) с блокировкой
б) без
4) по наличию кнопки управления
а) с КУ
б) без
5) по категории применения
а) АС-3
б) АС-4
6) по габариту
Габарит 0 1 2 3 4 5 6 7
Ток, А 4 10 16 25 63 100
(80) 160
(125) 250
(200)
35) Схема нереверсивного
магнитного пускателя (МП).
Обычно проектирование УУ осуществляется этапами:
А) техзадание
Б) разработка техпредложения
В) разработка техпроекта, т.е. конструкторской документации, в т.ч. принципиальных электрических схем. Они могут изображаться совмещенными или разнесенным способом. При совмещенной способе все элементы аппарата изображаются рядом. При сложных схемах это трудно осуществить, поэтому используется разнесенный способ, когда схемы изображаются в соответствии с принципом работы, что наглядно и проще разобраться со схемой.
При простых схемах с числом элементов аппаратов < 5 допускается подключать цепь управления на межфазное напряжение цепи.
При нажатии кнопки SB2 «пуск» катушка контакторов КМ подключается к напряжению, контактор срабатывает и его главные контакты замыкают силовую цепь, подключая АД. Одновременно замыкается вспомогательный или блок-контакт КМ, параллельный кнопке SB2. Он обеспечивает самоблокировку контактера от выключения после отпускания SB2. Этот контакт также выполняет функцию «нулевой» защиты, т.е. при снижении напряжения сети до (70 - 80)% от напряжения сети номинальной до 0 противодержащие пружины контактора отключают контактор от питания, выключая двигатель, размыкается также блок-контакт КМ и при подаче полного напряжения контактор не включается, как и АД.
36) Схема реверсивного МП с блокировкой
размыкающими контактами контактора.
Силовая часть (рабочего тока): Схема управления ~ 110 В:
При нажатии кнопки SB2 замыкается цепь катушки контактора КМ1. Он включается – размыкается его размыкающий контакт КМ1 в цепи контактора КМ2 для предотвращения короткого замыкания (электрическая блокировка). Затем замыкаются главные замыкающие контакты в силовой части, обеспечивая включение АД и замыкается вспомогательный или блок-контак КМ1, параллельный кнопке SB2. Эту кнопку SB2 можно отпустить, т.к. контакт самоблокирует контактор от выключения в этом случае. Этот контакт КМ1 выполняет также функцию «нулевой» защиты, т.е. при снижении напряжения на 20 – 30% или до 0 происходит отключение контактора КМ1 под действием противодействующих пружин размыкаются главные контакты, отключая двигатель и размыкается этот самоблокирующий контакт. Т.е. при повышении или подаче вновь напряжения АД вновь не включается, пока не будет нажата кнопка SB2. Это защищает персонал и оборудование от возможного включения АД при подаче напряжения. Необходимо специально нажать кнопку SB2.
При работе контактора КМ1, нажатие кнопки SB3 не дает включения контактора КМ2, т.к. цепь разомкнута размыкающим контактором КМ1. Для реверсирования необходимо сначала нажать кнопку SB1 (стоп), при этом КМ1 отключается замыкая цепь контактора КМ2 (подготавливая его к работе), размыкается главный контакт КМ1, отключая двигатель. После этого можно нажать кнопку SB3 (назад) для реверсирования, т.е. включается контактор КМ2, блокируя размыкающим контактом контактор КМ1 от включения и главные контакты КМ2 включают двигатель на обратное вращение.
37) Схема реверсивного МП с блокировкой
размыкающими контактами кнопок управления.
Силовая часть МП: Схема управления:
При нажатии кнопки SB2 (вперед) прежде размыкается ее размыкающий контакт в цепи контактора КМ2, обеспечивая его отключение если он был включен или электрическую блокировку от случайного включения. Замыкающий контакт SB2 замкнет цепь контактора КМ1, он включается, замкнутся его главные контакты в силовой части, подключая АД к 3-фазному току. Одновременно замыкается блок-контакт параллельный кнопке SB2 и ее можно отпустить. Этот юлок-контак обеспечивает и нулевую защиту. Для реверсирования можно нажать кнопку SB3, не нажимая кнопку SB1, при этом разомкнется размыкающий контакт кнопки SB3 в цепи контактора КМ1, отключая его. Главный контакт КМ1 разомкнется, затем замкнется замыкающий контакт кнопки SB3, включая контактор КМ2 и его главные контакты замкнут двигатель на обратное вращение (может быть через торможение противовключением). Блок-контакт КМ2 параллельный кнопке SB3 также обеспечивает самоблокировку и «нулевую» защиту. SB1 (стоп) – отключает любые движения.
38) Машины постоянного тока (МПТ).
Назначение и развитие МПТ.
МПТ используются как двигатели и как генераторы. Они обладают большой перегрузочной способностью и широкими регулировочными свойствами. На 10 – 60 секунд могут быть превышающие моменты номинального в 2 - 4 раза.
Двигатель постоянного тока (ДПТ) используется в металлургических оборудованиях (прокатные станы, транспортеры) в транспорте, в кранах, экскаваторах, в станках и устройствах автоматики. Автоматизированный привод станков с ЧПУ использует специализированный ДПТ с тиристорным преобразователем, высокомоментные, вентильные и т.д.
Генератор постоянного тока (ГПТ) используется в стационарных и подвижных установках, на автоматах и т.д. Также в гальванических цехах и для зарядки аккумуляторных батарей.
Недостатками МПТ являются наличие сложного щеточно-коллекторного узла.
Развитие МПТ началось 1824 г. Из открытия электромагнитной индукции. В 1838 г. Якоби применил ДПТ как привод гребного винта. В 20 веке совершенствовалась конструкция, технология, материалы. В России в настоящее время используются ДПТ серии 2П, 4П, ПИ от 0,75 до 750 кВт.
39) Принцип действия МПТ.
На главных полюсах 1 статора располагается обмотка возбуждения (ОВ) 2. При подключении ОВ к постоянному напряжению создается постоянный магнитный поток Ф, силовые линии которых направлены от одного полюса к другому. Эти силовые линии проходят через якорь 3 с его обмоткой (ОЯ) 4. Если якорь вращается то Ф пересекает провода обмотки якоря (ОЯ) и индуцируют в них ЭДС (по правилу правой руки).
ЭДС под одним полюсом имеет одно направление, под другим другое. Полюсные деления разделены линией, называемой геометрической нейтралью. Ее крайние точки обеспечивают наибольшую разность потенциалов, поэтому в них расположены щетки 6 скользящие по коллекторным пластинам 5. Если подсоединить щетки к нагрузке rн то по ней потечет ток Iя т.е. щеточно-коллекторный узел выполняет роль выпрямителя из переменной ЭДС в постоянную. Это соответствует генераторному режиму. В двигательном режиме к щеткам подводится постоянное напряжение. Щеточно-коллекторный узел распределяет ток якоря Iя по двум и более параллельным ветвям обмотки якоря, обеспечивая под разными полюсами разные направления протекания тока. Он взаимодействует с магнитным потоком Ф, образуются магнитодвижущие силы (по правилу левой руки), который прикладывается к проводам обмотки якоря и создают момент вращающий якорь.
40) Устройство МПТ.
Статор МПТ выполняется обычно из цельной стальной трубы, т.к. магнитный поток постоянный. На нем укрепляются главные полюса, которые выполняются шихтованным и надеваются на выступы статора или прикручиваются винтами. Предварительно на эти полюса надеваются обмотки возбуждения. Обмотки выполняются из проводников (медных) круглого или прямоугольного сечения. На статоре могут располагаться и дополнительные полюса, которые устраняют искрение под щетками.
Магнитопровод якоря выполняется шихтованным из листов электротехнической стали. В его пазы укладываются 2-хслойные обмотки якоря, для обеспечения синусоидальности ЭДС. Концы обмотки якоря припаиваются к коллекторным пластинам. В пазах обмотки закреплены клиньями.
Коллектор МПТ выполняется из клинообразных медных пластин, разделенных диэлектриком. МПТ малой мощности < 10 кВт имеют коллектор в виде впрессованных в пластмассовый цилиндр коллекторных пластин. Машины средней и большой мощности выполняют со сборным коллектором и диэлектриком является слюда или микомит.
Щетки закрепляются в щеткодержателях, укрепляемых на статоре и изолированы от корпуса (на траверсах). Щетки в зависимости от требований выполняются графитовыми, угольно-графитовыми, бронзо-графитовыми, электро-графитовыми или медно-графитовыми.
41) ЭДС машин постоянного тока.
ЭДС индуцируемое в проводнике обмотки якоря (ОЯ) расположенным между соседними коллекторными пластинами, определяется выражением:
Вх – индукция магнитного поля.
Lя и vя – длина и скорость движущегося проводника ОЯ.
Результирующая ЭДС может быть найдена как сумма Еi или как суммарный вектор.
Таким образом N проводников ОЯ распределяются на 2а параллельных ветвей, состоящих из последовательно соединенных проводников, включенных в группы между щетками противоположных полярностей.
42) Способы возбуждения и регулирования скорости ДПТ.
В ДПТ возможны следующие способы возбуждения
а) независимое или параллельное (НВ)
б) последовательное (в троллейбусах)
в) смешанное (в генераторах постоянного тока на легковых автомобилях)
Чтобы определить, как можно регулировать скорость строится электрическая схема ДПТ
Уравнение якорной цепи
;
Таким образом
Зависимость:
- отклонение скорости от М.
- скоростная характеристика
- механическая характеристика
Способы регулирования :
а) изменением ;
б) изменением Ф (магнитный поток)
в) изменением
43) Реостатное регулирование
1 показатель регулирования:
2) Регулирование ступенчатое изменением сопротивления
3) Стабильность низкая (наклон или жесткость) и ухудшается, т.к. с увеличением R жесткость падает
4) Экономичность (регулирования) низкая и падает с увеличением R, т.к. увеличиваются потери.
5) Регулирование осуществляется вниз от номинальной скорости при постоянном моменте используется в грузоподъемных машинах и то редко.
44) Регулирование скорости ДПТ изменением магнитного потока
1) D=2.5-3 до 10 в ДПТ с компенсационной обмоткой (4ПФ)
2) Бесступенчатое регулирование скорости изменением напряжения возбуждения UВ.
3) Стабильность регулирования – хорошая
4) Экономичность высокая, т.к. мощность возбуждения составляет 5-7% от Pд
5) Регулирование вверх от номинальной скорости при постоянном моменте.
Используется в приводах главного движения станков с ЧПУ.
45) Регулирование ДПТ изменением напряжения Uя.
1) D=103-104 (в замкнутых приводах с ОС по скорости).
2) Привод бесступенчатого регулирования.
3) Стабильность высокая, т.к.
4) Экономичность хорошая и лишь при возрастает доля электических потерь, т.е. снижается КПД.
5) Регулирование вниз от номинальной скорости при постоянном моменте. Используется в приводах подачи станков с ЧПУ.
46) Способы торможения ДПТ с НВ.
а) Генераторное
б) Динамическое
в) Противовключением
Генераторное торможение используется при переходе из двигательного режима в точке А на большой скорости в точку С с меньшей скоростью, при этом ДПТ переходит в точку В механической характеристики генераторного торможения с мометом МТ_В, т.к. скорость якоря не соответствует новому направлению (меньшему) якоря или большему магнитному потоку.
Динамическое торможение осуществляется при переключении обмотки якоря на тормозное сопротивление
ДПТ переходит на работу в точке D механической характеристики динамического торможения и затормаживается под действием момента MT D до нуля.
Торможение протвовключением осуществляется переключением полюсов обмотки якоря на противоположные.
Двигатель переходит из С в Е механической характеристики торможения противовключением и под действием МТ Е затормаживается до нуля, а затем может реверсироваться, если не отключить UЯ.
47) Определение и развитие электропривода.
Автоматизированный электропривод определяет производственные характеристики технологического оборудования: производительность, быстродействие, надёжность, удобство эксплуатации и управляемость.
Блок-схема АЭП.
АЭП (автоматизированный электропривод) – это электромеханическая система, состоящая из управляющего (УУ), преобразующего (П), электродвигательного (ЭД), передаточного (Р) и измерительного (ИУ) устройств, обеспечивающих перемещение исполнительного органа (ИО). При этом перерабатывается информация, заданная программой и энергия (чаще всего - электрическая) в перемещение.
1824 г. – Фарадей открыл электроиндукцию.
1839 г. – двигатель постоянного тока Якоби.
1891 г. – асинхронный двигатель Доливо-Добровольского.
Различают групповые и индивидуальные приводы. В групповом приводе несколько исполнительных движений имеют привод от одного двигателя. В индивидуальном приводе у исполнительного движения имеется собственный приводной двигатель. На смену групповым приводам в последнее время приходят индивидуальные приводы.
Направления развития АЭП:
1. Применение безредукторных приводов. Введение в АЭП редуктора приводит к повышению шума и снижению надёжности системы, поэтому в последнее время стараются применять безредукторные приводы.
2. Разработка специальных двигателей: высокомоментных, малоинерционных, вентильных.
3. Использование полупроводниковых преобразователей.
4. Увеличение числа измерительных устройств – датчиков обратной связи (ДОС).
5. Адаптация УУ к оборудованию.
6. Цифровой привод – привод с использованием микропроцессоров (МП) в элементах привода.
7. Комплексный АЭП, включающий в себя практически все элементы привода и изготавливаемые на одном предприятии или фирме.
48) Классификация АЭП.
1. По назначению:
а) привод главного движения (основное формообразующее движение),
б) привод подач (второе формообразующее движение),
в) привод вспомогательных перемещений.
2. По управляемости:
а) нерегулируемый привод обеспечивает одну скорость движения, а так же пуск, торможение и иногда - реверсирование,
б) регулируемый привод применяется для изменения скорости в широких пределах и поддержания постоянства заданной скорости,
в) следящий или программно-управляемый привод обеспечивает отработку заданного по программе сигнала с определённой точностью,
г) адаптивный привод с автоматическим выбором оптимального режима работы за счёт изменения параметров или структуры устройства управления (УУ).
3. По числу каналов информации:
а) разомкнутый привод с одним каналом информации. a и b не сравниваются, имеет низкую точность,
б) замкнутый привод. II – канал обратной связи для определения рассогласования или ошибки =a-b для её компенсации,
в) комбинированный привод. III канал – информация об основном возмущающем воздействии.
4. По роду тока:
а) постоянного тока,
б) переменного тока.
5. По виду преобразователя:
- тиристорные,
- транзисторные.
49) Приведение параметров электропривода.
Обычно параметры привода приводятся к валу электродвигателя.
Приведение момента сопротивления осуществляется из равенства .
В установившемся режиме момент двигателя .
Приведённый момент инерции определяется из равенства кинематической энергии, развиваемой на валу двигателя и кинетической энергии, развиваемой на ИО моментом .
Приведённая жёсткость механизма (по аналогии с ).
;
;
50-51) РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА
Способы регулирования скорости ДПТ с независимым возбуждением.
Уравнение якорной цепи:
Uя = Е + Iя*Rяц
М = с*Ф*Iя
Е = с*Ф*ω
Rяц = Rя + Rдоп
Uя = c*Ф*ω + Iя*Rяц
ω = f (Iя) – скоростная характеристика,
ω = f (М) – механическая характеристика.
Способы регулирования скорости:
1) Изменением Rяц за счет Rдоп – реостатное регулирование, используется в МС редко.
2) Изменением магнитного потока, Ф,
3) Изменением напряжения якоря, Uя .
52) Регулирование скорости вращения ДПТ с НВ изменением магнитного потока.
Скоростная характеристика:
Iкз = (10..15) Iян
Механическая характеристика:
Для машин средней и большой мощности регулирование осуществляется в первой зоне до М1, а для машин малой мощности и микромашин регулирование осуществляется во второй зоне , больше М1.
Показатели регулирования
1) В = 2.5..4 до 10 – диапазон регулирования для двигателей с компенсационной обмоткой до 10.
2) Регулирование осуществляется бесступенчато, удобно, но
3) Стабильность хорошая, но ухудшается при уменьшении магнитного потока.
4) Экономичность регулирования высокая, т.к. мощность возбуждения составляет 3..5 % от номинальной мощности двигателя.
5) Направление регулирования осуществляется вверх от номинальной скорости при постоянной мощности
P = M*ω = c*Ф*Iя*(Uя – Rяц*Iя)/сФ = Iя (Uя – Rяц*Iя) = = const.
Применяется в приводах главного движения станков с ЧПУ.
53) Регулирование скорости ДПТ изменением напряжения якоря.
Показатели регулирования
1) D = 104 для замкнутых приводов (с OC по скорости).
2) Регулирование бесступенчатое.
3) Стабильность высокая, ∆ω является величиной постоянной.
4) Экономичность регулирования хорошая, но при снижении скорости доля электрических потерь возрастает в общей отдаваемой мощности, что снижает КПД.
5) Регулирование осуществляется вниз от номинальной скорости при постоянном моменте. Применяется в приводах подачи станков с ЧПУ и МС.
Статические характеристики регулируемого привода.
К статическим характеристикам относятся:
а) Статическое отклонение скорости,
б) Жесткость механической характеристики,
в) Статизм.
54) Динамические характеристики.
К динамическим хар-м относятся: переходные или временные хар-ки и частотные хар-ки.
Переходная или временная хар-ка.
Зависимость выходного регулируемого параметра от времени называется переходной хар-ой h(t)
ω = f(t)
1 – сильноколебательная
2 – слабоколебательная
3 – монотонная
По переходной хар-ке устанавливаются следующие прямые показатели кач-ва:
а) Время переходного процесса. tп.п.Iотс стабилитрон V получает пробой и с сопротивления R снимается .
УТО (Устройство токоограничения) с отсечкой работает хорошо как в стационарных режимах (на жесткий упор), так и в переходных режимах.
При разгоне (в 10 – 15 раз), т. к. из-за .
Поэтому, отсечка таких токов позволяет уменьшить Uя и исключить аварии.
66) Устойчивость регулируемого привода
Для определения устойчивости используются критерии устойчивости.
Наиболее простой из них – алгебраический – матрица Гурвица.
В нем Используется полином или характеристическое уравнение, соответствующее знаменателю передаточной функции замкнутого привода.
Характеристическое уравнение:
Условие устойчивости для уравнения 3-го порядка по критерию Рауса-Гурвица:
Отсюда ;
Отсюда условие устойчивости: (в 2 – 3 раза)
Если условие не выполняется, то необходимо введение последовательных и параллельных корректирующих устройств, регулятора и внутренних ОС.
67) Привод подчиненного регулирования
Функциональная сема привода подчиненного регулирования имеет вид
ППР является многоконтурной системой.
Внешний контур – контур скорости, настраивается на оптимальные динамические характеристики регулятора скорости (РС). Внутренний контур – контур тока, настраивается регулятором тока (РТ). РС является задатчиком управляющего воздействия внутреннего, подчиненного контура тока. Регуляторы реализуются на полупроводниковых усилителях постоянного тока с большим коэффициентом усиления.
68) Общая схема ОС (Операционного усилителя)
Z0, Z1 – полные, комплексные сопротивления. Реализуются за счет активных сопротивлений, а также RC цепочек, параметры которых легко перенастраиваются, что позволяет обеспечить требуемый вид и параметры регуляторов.
П – пропорциональный, ПИ – пропорционально-интегральный, ПД – пропорционально-дифференциальный, И – интегральный, ПИД – пропорционально-инетегрально-дифференциальный.
ЭМС предназначены для обеспечения движения исполнительных механизмов технологического оборудования при ручном и автоматическом управлении.
ЭМС состоит из управляющего устройства (УУ), э/двигательного устройства, редукторного устройства (Р), обеспечивающих движение исполнительного органа. В состав может входить измерительное устройство (ИУ). ЭМС обеспечивает, по заданной обычно в виде программы информации, переработку электрической энергии в движение исполнительного органа.
Классификация ЭМС:
1) по способу управления
• с ручным
• с автоматическим
2) по роду тока
• переменного
• постоянного
3) по виду электрической машины
• асинхронная
• синхронная
• постоянного тока
Приведение параметров ЭМС
Приведение обычно осуществляется к валу приводного двигателя, что повышает наглядность и облегчает проведение расчетов.
а) Приведение Мс осуществляется из равенства мощности двигателя и мощности сопротивления нагрузки без учета КПД .
;
Мс* – приведенный момент сопротивления к валу двигателя.
В установившемся режиме Мд=Мс*
т.к. ; Это снижает момент инерции все легче работает.
б) Приведение момента инерции Jm осуществляется из равенства кинетических энергий развиваемых моментом инерции на механизме и приведенным моментом инерции на валу двигателя.
2) Электрические машины (ЭМ)
Назначение и развитие ЭМ
ЭМ – это э/механический преобразователь энергии предназначенный для преобразования механической энергии в электрическую (на эл/станциях), обратного преобразования электрической энергии в механическую, а также для передачи эл/сигналов в устройства автоматики.
Преимущества эл/машин
1. высокий КПД 95-99%
2. малый габаритный вес
3. экономное расходование материалов
4. удобство подвода и отвода энергии
5. высокая надежность и долговечность (до 20 лет)
6. простота управления и обслуживания
7. низкая стоимость при массовом производстве
8. экологическая чистота
Классификация ЭМ
1. по роду тока – переменного а) асинхронная б) синхронная – постоянного (МПТ)
2. по мощности —низкой ≤ 10 кВт—средней ≤ 100 кВт—большой 100 кВт—≤ 600Вт – микромашины
3. по частоте вращения —низкооборотистые ≤ 1500 об/мин— среднеоборотистые ≤3000 об/мин— высокооборотистые 3000 об/мин
4. по назначению —Эл/генераторы—Эл/двигатели—Электромашинные преобразователи—а) переменноепостоянное — б) постоянноепеременное
– Эл/усилители (для управления объектами большой мощности сигналами малой мощности)
3) Назначение и развитие ЭМ
ЭМ – это э/механический преобразователь энергии предназначенный для преобразования механической энергии в электрическую (на эл/станциях), обратного преобразования электрической энергии в механическую, а также для передачи эл/сигналов в устройства автоматики.
Преимущества эл/машин
– высокий КПД 95-99%
– малый габаритный вес
– экономное расходование материалов
– удобство подвода и отвода энергии
– высокая надежность и долговечность (до 20 лет)
– простота управления и обслуживания
– низкая стоимость при массовом производстве
– экологическая чистота
Развитие ЭМ с 1825 г. с открытия Фарадеем закона Электромагнитной индукции.
1838 г. машина постоянного тока Якоби.
1889 г. Доливо-Добровольский – асинхронная машина (АМ).
С начала ХХ века массовое производство ЭМ.
4) Принцип действия ЭМ
а) – генераторный режим работы
Если подсоединим проводник к нагрузке, то по нему потечет ток.
б) – двигательный режим работы
При взаимодействии поля Ф с током I, возникает эл/магнитная сила , которая перемещает проводник со скоростью V.
Неподвижная часть ЭМ – статор или станина, подвижная ¬– ротор.
Обмотка, в которой индуцируется ЭДС, называют якорной, а часть ЭМ – якорем.
Обмотка, создающая магнитный поток Ф, называется обмоткой возбуждения, а часть ЭМ – индуктором.
5) Классификация ЭМ
1)по роду тока – переменного а) асинхронная б) синхронная – постоянного (МПТ)
2)по мощности —низкой ≤ 10 кВт—средней ≤ 100 кВт—большой 100 кВт—≤ 600Вт – микромашины
3)по частоте вращения —низкооборотистые ≤ 1500 об/мин— среднеоборотистые ≤3000 об/мин— высокооборотистые 3000 об/мин
4)по назначению —Эл/генераторы—Эл/двигатели—Электромашинные преобразователи—а) переменноепостоянное — б) постоянноепеременное
– Эл/усилители (для управления объектами большой мощности сигналами малой мощности)
Микромашины подразделяются на
а) силовые двигатели (обеспечение движения исполнительных органов)
б) управляемые двигатели (для отработки электрических сигналов усиливаемых специальными усилителями)
в) тахогенератор – датчик обратной связи по скорости
г) вращающиеся трансформаторы, преобразующие перемещение в напряжение (являются ДОС по перемещению)
д) сельсин
Номинальные данные ЭМ, используемые в качестве паспортных данных и отраженные на металлических пластинах, прикрепляемых к корпусам ЭМ.
Мощность Р
Напряжение U
Ток I
КПД
Коэффициент мощности cos
Частота сети fс
Число фаз m переменный ток
Тип изоляции обмоток
А также для монтажа и эксплуатации вес, схемы соединительных обмоток.
6) Асинхронные машины (АМ)
Назначение и принцип действия АМ
АМ составляют 90% от всех ЭМ в мире по мощности 50% ЭМ – АМ.
Асинхронный двигатель создан Д.Добровольским 1889 – 91 гг. Он был 3-х фазный.
В настоящее время выпускаемые серии асинхронных двигателей 4А, АИ
На статоре 1 АМ в пазах расположена 3-х фазная обмотка 2 Ам,Ак,Вн,Вк,Ск,Сн (т.е число фаз статора m=3).
Если подключить обмотки статора к 3-х фазному переменному круговому полю Ф1 вращающимся с частотой ; f1– частота сети и частота изменения магнитного поля f1=50 Гц, Р – число пар полюсов, n1–синхронная частота вращения поля.
На роторе 3 расположены обмотки 4 коротко – замкнутые или фазные.
Пи пересечении обмотки ротора полем Ф1 в ней индуцируется ЭДС. Если обмотка замкнута, то возникает переменный ток в обмотке ротора, который взаимодействует с магнитным потоком и образуется электромагнитные силы.
Э/М силы приложены к проводникам обмотки ротора и создают вращающийся момент М, вращающий ротор с частотой n2=n1(1-S), где S-скольжение
; S – обеспечивает взаимное движение проводников ротора и магнитного поля статора, что обеспечивает скорость и ЭДС.
– номинальное значение угловой скорости.
7) Устройство асинхронных машин
Статор АМ представляет собой магнитопровод набираемый из листов э/технической стали толщиной 0.5 мм. Он собирается в пакет и запрессовывается в корпус. На внутренней поверхности пакета (магнитопровода) располагаются пазы z=18-24 штук, в них укладывается m-фазная обмотка. Число пазов, приходящееся на плюс и фазу . Если , то обмотка распределенная , если q=1, то обмотка сосредоточенная.
пазы могут быть: прямоугольными, трапециидальными, круглыми. Туда укладывается медный проводник или • сечения, • – для машин большой мощности (пазы и проволока)
– полюсное деление;
у– шаг обмотки
Если у=τ – удлиненный шаг
у > τ – удлиненный шаг
у < τ – укороченный шаг (обмотка должна укладываться в 2 слоя) (у=0,8τ)
Пазы могут иметь скос т.е. наклон к образующей
Распределение обмотки её укорочение, расположение в 2 слоя и скос пазов обеспечивают синусоидальное распределение магнитного поля , а также ЭДС и МДС (эл/движущих сил и эл/магнитных сил). Это обеспечивает отсутствие влияния высших гармоник на Эл/магнитный момент М.
8) Устройство ротора
Ротор АМ может быть короткозамкнутым и фазным. В обоих случаях сердечник ротора выполняется шихтованным т.е. из листов электротехнической стали, которые прессуются и насаживаются на вал. У короткозамкнутого ротора обмотка образуется заливанием в пазы расплавленного алюминия. Одновременно отливаются торцевые кольца, замыкающие эти обмотки и полости вентиляторов. После этого сердечник обтачивается.
Машины большой мощности имеют ротор, обмоткой которого являются медные стержни. По торцам они привариваются к медным кольцам для замыкания. Фазный ротор выполняется обычно по схеме звезда
Ротор 1 с фазной обмоткой 2 концы которой припаяны к контактным кольцам 3 , вращающимся на валу ротора. С контактных колец ток снимается щетками 4, которые соединены с реостатом R, при помощи которого осуществляется замыкание этих обмоток, а также изменение пускового тока
АМ с короткозамкнутым ротором проще, дешевле, более распространены, но имеют высокий пусковой ток в 6–7 раз превосходящий IНОМ и малый пусковой момент.
АМ с фазным ротором конструктивно сложнее, дороже, но имеют больший момент при меньшем токе.
9) ЭДС и МДС АМ
Магнитное поле Ф1 пересекает проводники ротора с частотой , поэтому в них индуцируется ЭДС Е2S изменяющееся с частотой т.е. ;
m2 –число фаз; m2=числу пазов;
ω2–число витков;
Коб2– обмоточный коэффициент, учитывающий распределение, укорочение обмотки, а также скос пазов.
;
Магнитный поток Ф1 взаимодействует с потоком обмотки ротора и создается МДС, вращающаяся с частотой ;
Т.е. магнитное поле статора вращается с частотой n1 и поле или МДС ротора n2 тоже вращается с частотой n1.
10) Энергетическая диаграмма АМ
Потери энергии в АМ оказывают большое влияние на её работоспособность. К статору из сети подводится мощность cos–коэффициент мощности (угол между U и I)
В статорной обмотке происходят потери электрические ΔРэл1 (от рабочего тока из-за сопротивления), а в магнитопроводе – магнитные ΔРм1. В результате со статора на ротор через малый зазор передается эл/магнитная мощность Рэм
Рэм=Р1-ΔРэл1-ΔРм1
В роторной обмотке происходят потери ΔРэл2. Магнитные потери в роторе малы т.к. f2 значительно меньше f1 (f2<<f1). В результате на роторе возникает механическая мощность
Рмех=Рэм-ΔРэл2;
Р2=Рмех - ΔРтр ;
ΔРтр–мощность на трение (воздух, подшипники);
Р2–входная мощность на валу АМ
М – эл/магнитный момент; ω1–частота вращения эл/магнитного поля
ω2– скорость ротора
Т.о. электрические потери ΔРэл2–определяют величину скольжения и другие параметры АМ в том числе КПД.
;
η<1-S
Пример при Р2 < 1кВт S≥10% η 100кВт S98-99%
11) Эл/магнитный момент АМ
ψ2–угол между ЭДС и током (сдвиг фаз между I2 и E2S);
;
;
ω2–число обмоток ротора
Ф–магнитный поток
где –конструктивный коэффициент АМ
Эл/магнитный момент зависит от действительного значения тока I2 и магнитного потока Ф.
М→
Если (угол ψ2)–М-отриц.
Если (угол π-ψ2)–М- отриц
(ψ2=π/2)¬–М=0
Очень трудно определить у работающей АМ ток I2 , магнитный поток и эл/магнитный момент М, поэтому используют инженерно-технические методики определения М.
12) Схемы замещения АМ
Схемами замещения называют обмотки АМ в виде активных и индуктивных сопротивлений, что позволяет определить I и U в них и другие энергетические показатели, т.е. рассчитать параметры АМ.
Схемы замещения обмоток ротора.
1. Схемы замещения вращающегося ротора
L2 – индуктивность обмотки ротора
2. Схема замещения заторможенного ротора (без учета скольжения s).
Эти схемы с энергетической точки зрения не эквивалентны друг другу. Мощность, отдаваемая в схеме замещения вращающегося ротора:
Мощность по схеме замещения заторможенного ротора (без учета скольжения s):
3. Схема замещения заторможенного ротора (с учетом скольжения s).
В схеме имеется два сопротивления. Одно позволяет определить (без учета скольжения), а другое (с учетом скольжения)
13) Полные схемы замещения
В полных схемах замещения учитываются параметры обмотки статора.
Т – образная схема замещения (для одной фазы).
Параметры обмотки ротора в схеме пересчитываются по правилам ТОЭ при включении ее в общую схему.
- полное сопротивление контура статора
- полное сопротивление ротора
- полное сопротивление намагничивающего контура, который создает в воздушном зазоре магнитное поле АМ
Г – образная схема замещения (для одной фазы).
Здесь намагничивающий контур и контур обмотки статора вынесены на вход фазной обмотки, что позволяет использовать параметры обмоток статора и ротора в расчетах энергетических показателей и в частности момента.
14) Механические характеристики (МХ) АД.
МХ называется зависимость скорости вращения от момента в установившемся режиме.
Мд = Мс*
Для АД
МХ по Г – образной схеме замещения.
МК = ММАКС при SК
При S от 0 до , момент возрастает так как возрастает значение тока , а затем при момент падает так как и становится более сильным чем ток. Этот провал объясняется влиянием высших пространственных и временных гармоник. Пространственные гармоники возникают от наличия зубцов на статоре и роторе, от тех. погрешностей и от не синусоидальности МДС. Временные гармоники возникают от не синусоидальности питающего напряжения.
15) МХ по приближенной формуле.
Приближенной она называется потому, что выводится по схеме заторможенного ротора.
Разделим разделим знаменатель на , получим
Эта формула является приближенной потому, что она не учитывает параметров обмотки статора, но она дает хорошую точность при S от 0 до .
16) МХ производственных механизмов.
Механической характеристикой механизмов называется зависимость скорости вращения механизма от момента сопротивления нагрузки в установившемся режиме.
1. МХ не зависящая от скорости
а) реактивная - характеристика типа «сухого» трения, обычно встречается в приводах подач станков
б) активная, чаще всего – вес узла
2. Линейно зависящая от скорости - МХ типа «вязкого» трения.
3. Не линейно зависящая от скорости - МХ «вентеляторная».
4. Не линейно спадающая , при мощности сопротивления РС = const. Эта характеристика встречается в приводах главного движения
18) Нагревание электродвигателей.
Нагрев электродвигателей снижает их работоспособность, как и электромеханической системы (ЭМС) в целом. Нагрев прежде всего приводит к старению электродвигателя и его обмоток и снижению срока службы до капитального ремонта.
Нагрев электродвигателей происходит из-за потерь энергии в виде потерь мощности .
К постоянным потерям относятся магнитные потери (гистерезис), к переменным потерям относятся электрические потери в обмотках от рабочего тока. Температура нагрева электродвигателя называется перегревом и обозначается как ,
- температура окружающей среды.
Перегрев изменяется по экспоненциальному закону, так как часть энергии, тепла, температуры уходит в окружающую среду.
- установившееся значение перегрева;
- постоянная времени нагрева.
- время, в течение которого установился бы перегрев , если бы нагревание происходило линейно без отдачи тепла в окружающую среду.
при
Охлаждение электродвигателя происходит так же по экспоненте
для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором с диаметром ротора .
для двигателей постоянного тока с диаметром вращающихся частей около .
19) Классы изоляции обмоток.
Обмотки электродвигателей являются наименее теплостойкими элементами, по ним проходит ток, от которого стареет изоляция. Классы изоляции нормируются по ГОСТ.
Классы изоляции E B F H C
E – бумага, шёлк, лак серии A, A0.
B, F, H – стекловолокно, асбест, лак.
Превышение температуры на приводит к уменьшению срока службы в 2 раза.
20) Режимы нагружения электродвигателей.
Режимы нагружения электродвигателей разнообразны: циклы, переменные режимы, пуски, остановы.
Режимы нагружения нормируются по ГОСТ:
S1 – продолжительный режим;
S2 – кратковременный режим;
S3 – повторно-кратковременный;
S4-S5 – режимы с частыми пусками и торможениями;
S6-S8 – перемежающиеся режимы.
Электродвигатели выпускаются на определённый режим, который считается для них номинальным.
S1 – продолжительный режим.
S2 – кратковременный режим.
- время работы;
- время остановки.
На выпускаемых двигателях .
S3 – повторно-кратковременный.
- время цикла;
- время работы;
- время остановки.
не больше 10 мин.
- продолжительность включения.
S4-S5 – режимы с частыми пусками и торможениями.
S6-S8 – перемежающиеся режимы, включают в себя пуски, торможения, реверсы, пуски на разнообразных скоростях с реверсом.
21) Выбор типоразмера ЭД.
Тип ЭД выбирают в зависимости от назначения АД, СД. ДПТ. Выбор типоразмера - это выбор по мощности и по частоте вращения из какой-то серии. Правильный выбор типоразмера определяет производительность, надежность, точность, окупаемость и другие свойства. Для регулируемых ЭМС выбор определяют также статические и динамические характеристики. Если Рном<Ртреб – снижается КПД, cos , увеличивается себестоимость. Выбор типоразмера осуществляется по нагрузочным диаграммам Р=f(t) или М=f(t), учитывается работа на холостых ходах, при пусках, торможениях, в рабочих режимах.
Основным условием выбора является соотношение
РднРтреб
нм , м – угловая скорость механизма.
; .
Для ступенчатого цикла группы
;
.
Для АД: ;
- коэффициент из-за возможного падения напряжения сети.
Далее двигатель проверяется по нагреву, перегрузочной способности и условиям пуска.
5. Проверка ЭД по нагреву для режима S1 при постоянной и циклической нагрузке методом средних потерь.
а) при постоянной нагрузке
Если ЭД выбран с мощностью двигателя номинальной РднРтреб (требуемая), то проверка по нагреву не требуется;
б) при циклической нагрузке
Проверка по нагреву может осуществляться прямыми или косвенными методами. При прямых методах строятся графики зависимости =f(t) и . Строятся эти графики по тепловым моделям (это очень сложно). Проще использовать косвенные методы.
Метод средних потерь.
Здесь считается, что количество энергии в виде потерь мощности, выделяемых в двигателе, равняется количеству энергии, отдаваемой в окружающую среду в виде тепла.
В ЭД: - в окружающую среду;
; - время цикла;
А – теплоотдача в окружающую среду (А=const);
.
ЭД не перегревается, т.е. ( - установившаяся) при .
Обычно график нагрузки имеет конечное число участков, поэтому
;
- потери на i-ом участке. КПД ( ) определяется по справочным данным для каждого ЭЛД на данном участке.
Проверка ЭД по нагреву для режима S1 при циклической нагрузке методом эквивалентных величин.
а) метод эквивалентного тока
;
; - потери в обмотках от электрического тока; ;
за потери эквивалентны =
;
и могут быть сокращены;
;
- тогда не перегревается;
б) метод эквивалентного момента
Большинство ЭД (ДПТ, АД на рабочих участках) имеют момент, прямо пропорциональный току
; отсюда ;
в) метод эквивалентной мощности
; при =const , поэтому (наименее точная формула, т.к. принято много допущений).
Проверка ЭД по нагреву для режима S1 при частых пусках, торможениях и торможениях.
Используется метод средних потерь с учетом ухудшения охлаждения.
А – потери энергии в Дж при пуске (Ап) и торможении (Ат).
;
- коэффициент ухудшения охлаждения при останове;
- для защищенных самовентилируемых ЭД;
- для закрытых ЭД со встроенным вентилятором;
- для закрытых ЭД с принудительной вентиляцией от вентилятора с отдельным двигателем;
- коэффициент ухудшения охлаждения при пуске и торможении;
; при : - на номинальной скорости ухудшения охлаждения нет;
- двигатель не перегревается.
22) Проверка ЭД по нагреву для режима S1.
Возможны 2 варианта:
а) и - то проверки по нагреву нет;
б)
- проверка по нагреву требуется (методом эвивалентног момента).
Проверка ЭД по нагреву для режима S1.
а) ; (ПВ-продолжительность включения), то проверка по нагреву не нужна;
б) , то - требуется проверка по нагреву;
(для S2 и S3).
23) Проверка ЭД по перегрузочной способности и условиям пуска.
1) по перегрузочной способности :
для АД: ( - критический момент);
для ДПТ: ( - номинальный момент);
2) по условиям пуска: ( - берется из справочника).
24)Определение допустимого числа включений в час (h).
Некоторые ЭД в технологическом оборудовании работают с числом включений .
; - задается технологическими параметрами, поэтому чтобы определить h, предполагают, что количество энергии, выделяемое в ЭД, должно быть равно количеству энергии, отдаваемой в окружающую среду.
В ЭД: .
В окружающую среду энергия отдается пропорционально (фактически номинальным потерям); ;
;
, т.о. ;
;
;
;
h снижается при увеличении потерь энергии при пуске ( ) и торможении ( ), при ухудшении охлаждения и при увеличении продолжительности включения .
25) Определение статической устойчивости ЭМС АД.
При работе в установившемся режиме АД в ЭМС они должны быть статически устойчивы при малых изменениях момента и скорости. При этом необходимо рассмотреть совместную работу АД и механизма по их механическим характеристикам.
В установившемся режиме ( - момент сопротивления нагрузки). При отклонениях скорости или момента возникает переходной процесс под действием динамического момента . ЭМС будет устойчива, если динамический момент и отклонение скорости будут иметь разные знаки. ЭМС статически устойчива, если отношение динамического момента и отклонения скорости меньше 0: 0 – условие устойчивости.
При малых перемещениях механические характеристики могут быть заменены отрезками прямых. Эти отрезки могут быть выражены через жесткость механической характеристики: , поэтому ; ; следовательно ;
- жесткость двигателя; - жесткость механизма.
<0.
<0 – условие устойчивости через жесткость механической характеристики.
Пример. В т. А ; ;
10 А
4. По виду объекта управления.
а) для управления электрооборудованием
б) управление распределительными сетями
5. По наличию механических элементов
а) контактные (электромеханические или коммутационные
б) статические или бесконтактные
6. По принципу управления
а) ручные
б) автоматические или дистанционные
31) Ручные аппараты для коммутации цепей управления.
Работа технологического оборудования начинается с выбора режима
работы, способа управления, подключения необходимых приводов, вспомогательных устройств (смазки, выбор инструмента, уборка стружки), а также устройств контроля, сигнализации и освещения. Для этого используются кнопки управления, выключатели, переключатели и т. д.
Основой этих аппаратов являются электрические контакты. По конструкции они бывают: а) мостиковые
Подвижные контакт премещается толкателем 3 и замыкается с неподвижным контактом.
X0 – раствор контакта
Могут образовываться искры или дуги при замыкании и размыкании.
б) рычажные
Подвижный контакт 1 перемещается толкателем и замыкается с «неподвижным», который являясь пружиной смещается на величину провала Xn. 4 – диэлектрическая стойка для закрепления контактов.
в) электромагнитные
Пружинные контакты 1 (посеребренные) запаяны в стеклянную колбу 2 заполненную инертным газом. При подаче на обмотку 3 напряжения контакты притягиваются, т. к. через них замыкается магнитный поток. Это герметизированные контакты – герконы.
По принципу действия и обозначению контакты могут быть:
а) замыкающими
б) размыкающими
в) силовой
Кнопками управления называются аппараты, подвижные контакты которых перемещаются и срабатывают при нажатии на толкатель.
Условное графическое изображение и обозначение.
Кнопки управления различают по числу контактов (1-4) по виду толкателя (цилиндр, прямоугольный, грибовидный).
Кнопки управления могут иметь надписи или пиктограммы (графические изображения).
Кнопки управления объединяются в станции, в них кнопки включающие движение утапливаются под лицевую панель. Кнопки отключающие движение – выступают.
Переключатели могут быть пакетными, кулачковыми, универсальными и могут обеспечить и переключении до 48 элементов цепей одновременно, то есть это поворотные, барабанные и так далее. Такие аппараты называют иногда коммандоконроллерами.
32) Автоматические аппараты для цепей управления
Они разнообразны в зависимости от используемых явлении: электрические, магнитные, механические, тепловые, газовые, жидкостные, оптические и т.д. Так же комбинированные. Наиболее распространенными являются реле, которые предназначены для выполнения логических и измерительных функции с токами . Наиболее распространены электромагнитные реле.
На катушку 1 подается напряжение УУ ,в сердечнике 2 возникает магнитный поток, который замыкается через ярмо 3 и якорь 4, который притягивается к сердечнику 2. при этом подвижный контакт 5 замыкается с неподвижным контактом 6, обеспечивая коммутацию выходного напряжения . Пружинные контакты закреплены в пластмассовой стойке 7. пружина 8 служит для возврата якоря и контакта 5 при отключении реле. Наконечник 9 латунный используется для устранения залепания якоря. Медное кольцо 10 обеспечивает запас электромагнитной энергии и при отключении, особенно в реле времени может обеспечить выдержку времени при отклучении.
Основной характеристикой реле является статическая или релейная характеристика.
При изменении тока управления Iу (Uу) от 0 до тока срабатывания Iср при Uвых = 0. При Iср Uвых скачком изменяется до UК (напряжения коммутации). При дальнейшем увеличении Iу (Uу) Uвых не меняется. При уменьшении Uу при Iотп происходит отключение реле, т.е. Uвых = 0.
Характеристика определяет коэффициент возврата , либо .
При КВ → 1 способность к быстродействию реле повышается.
По чувствительности, т.е. по реле:
А) высокочувствительные – мощность управления Ру < 10 мВт
Б) среднечувствительные - Ру < 5 мВт
В) никочувствительные - Ру 500 Вт Б) промежуточные РК = 2 •106.
33) Автоматические аппараты для коммутации
силовых цепей.
Основным из них является контакторы – это аппараты, обеспечивающие питание напряжением силовые цепи эл/оборудования (ЭД).
КМ – контактор при подаче напряжения Uу через кнопку управления КУ на обмотку 1, сердечник 2 из листовой стали, при этом намагничивается и притягивается якорь 3 из того же материала.
Вал 4 поворачивается и подвижная часть контакта 5 замыкается с неподвижной. На валу 4 также могут быть и вспомогательные или блок-контакты. Главные силовые контакты выполняются с накладками в виде «сухарей» из красной холодно тянутой меди, прикрепляются винтами. Для маломощных контакторов накладки выполняются металлокерамическими из сплава кадмия с серебром или медью. Эти контакторы могут выполнятся прямоходовыми. Изображенный контактор является прямоходовым. Катушка контактора выполняется с большим числом витков малого диаметра, т.е. с большим сопротивлением, поэтому Iу = 100 – 300 мА.
Условное обозначение:
Контакторы различаются по:
А) роду тока главных контактов (переменный или постоянный)
Б) току цепи управления: постоянный (24 В) или переменный (110 В)
В) категории применения
для переменного тока АС-3 с отключением при ωном ,Iном , Мном , Iвкл=6 Iном для динамического торможения
АС-4 с отключением при ω=0 и Iвкл/откл= 6 Iном для торможения противовключением.
34) Назначение и классификация
Магнитных пускателей.
Магнитные пускатели предназначены для дистанционного пуска АД с короткозамкнутым ротором, непосредственным подключением их к сети, а также для их остановки.
Классификация:
1) по назначению
а) нереверсивные
б) реверсивные
2) по наличию тепловых реле
а) с тепловыми реле
б) без
3) по наличию электрических блокировок
а) с блокировкой
б) без
4) по наличию кнопки управления
а) с КУ
б) без
5) по категории применения
а) АС-3
б) АС-4
6) по габариту
Габарит 0 1 2 3 4 5 6 7
Ток, А 4 10 16 25 63 100
(80) 160
(125) 250
(200)
35) Схема нереверсивного
магнитного пускателя (МП).
Обычно проектирование УУ осуществляется этапами:
А) техзадание
Б) разработка техпредложения
В) разработка техпроекта, т.е. конструкторской документации, в т.ч. принципиальных электрических схем. Они могут изображаться совмещенными или разнесенным способом. При совмещенной способе все элементы аппарата изображаются рядом. При сложных схемах это трудно осуществить, поэтому используется разнесенный способ, когда схемы изображаются в соответствии с принципом работы, что наглядно и проще разобраться со схемой.
При простых схемах с числом элементов аппаратов < 5 допускается подключать цепь управления на межфазное напряжение цепи.
При нажатии кнопки SB2 «пуск» катушка контакторов КМ подключается к напряжению, контактор срабатывает и его главные контакты замыкают силовую цепь, подключая АД. Одновременно замыкается вспомогательный или блок-контакт КМ, параллельный кнопке SB2. Он обеспечивает самоблокировку контактера от выключения после отпускания SB2. Этот контакт также выполняет функцию «нулевой» защиты, т.е. при снижении напряжения сети до (70 - 80)% от напряжения сети номинальной до 0 противодержащие пружины контактора отключают контактор от питания, выключая двигатель, размыкается также блок-контакт КМ и при подаче полного напряжения контактор не включается, как и АД.
36) Схема реверсивного МП с блокировкой
размыкающими контактами контактора.
Силовая часть (рабочего тока): Схема управления ~ 110 В:
При нажатии кнопки SB2 замыкается цепь катушки контактора КМ1. Он включается – размыкается его размыкающий контакт КМ1 в цепи контактора КМ2 для предотвращения короткого замыкания (электрическая блокировка). Затем замыкаются главные замыкающие контакты в силовой части, обеспечивая включение АД и замыкается вспомогательный или блок-контак КМ1, параллельный кнопке SB2. Эту кнопку SB2 можно отпустить, т.к. контакт самоблокирует контактор от выключения в этом случае. Этот контакт КМ1 выполняет также функцию «нулевой» защиты, т.е. при снижении напряжения на 20 – 30% или до 0 происходит отключение контактора КМ1 под действием противодействующих пружин размыкаются главные контакты, отключая двигатель и размыкается этот самоблокирующий контакт. Т.е. при повышении или подаче вновь напряжения АД вновь не включается, пока не будет нажата кнопка SB2. Это защищает персонал и оборудование от возможного включения АД при подаче напряжения. Необходимо специально нажать кнопку SB2.
При работе контактора КМ1, нажатие кнопки SB3 не дает включения контактора КМ2, т.к. цепь разомкнута размыкающим контактором КМ1. Для реверсирования необходимо сначала нажать кнопку SB1 (стоп), при этом КМ1 отключается замыкая цепь контактора КМ2 (подготавливая его к работе), размыкается главный контакт КМ1, отключая двигатель. После этого можно нажать кнопку SB3 (назад) для реверсирования, т.е. включается контактор КМ2, блокируя размыкающим контактом контактор КМ1 от включения и главные контакты КМ2 включают двигатель на обратное вращение.
37) Схема реверсивного МП с блокировкой
размыкающими контактами кнопок управления.
Силовая часть МП: Схема управления:
При нажатии кнопки SB2 (вперед) прежде размыкается ее размыкающий контакт в цепи контактора КМ2, обеспечивая его отключение если он был включен или электрическую блокировку от случайного включения. Замыкающий контакт SB2 замкнет цепь контактора КМ1, он включается, замкнутся его главные контакты в силовой части, подключая АД к 3-фазному току. Одновременно замыкается блок-контакт параллельный кнопке SB2 и ее можно отпустить. Этот юлок-контак обеспечивает и нулевую защиту. Для реверсирования можно нажать кнопку SB3, не нажимая кнопку SB1, при этом разомкнется размыкающий контакт кнопки SB3 в цепи контактора КМ1, отключая его. Главный контакт КМ1 разомкнется, затем замкнется замыкающий контакт кнопки SB3, включая контактор КМ2 и его главные контакты замкнут двигатель на обратное вращение (может быть через торможение противовключением). Блок-контакт КМ2 параллельный кнопке SB3 также обеспечивает самоблокировку и «нулевую» защиту. SB1 (стоп) – отключает любые движения.
38) Машины постоянного тока (МПТ).
Назначение и развитие МПТ.
МПТ используются как двигатели и как генераторы. Они обладают большой перегрузочной способностью и широкими регулировочными свойствами. На 10 – 60 секунд могут быть превышающие моменты номинального в 2 - 4 раза.
Двигатель постоянного тока (ДПТ) используется в металлургических оборудованиях (прокатные станы, транспортеры) в транспорте, в кранах, экскаваторах, в станках и устройствах автоматики. Автоматизированный привод станков с ЧПУ использует специализированный ДПТ с тиристорным преобразователем, высокомоментные, вентильные и т.д.
Генератор постоянного тока (ГПТ) используется в стационарных и подвижных установках, на автоматах и т.д. Также в гальванических цехах и для зарядки аккумуляторных батарей.
Недостатками МПТ являются наличие сложного щеточно-коллекторного узла.
Развитие МПТ началось 1824 г. Из открытия электромагнитной индукции. В 1838 г. Якоби применил ДПТ как привод гребного винта. В 20 веке совершенствовалась конструкция, технология, материалы. В России в настоящее время используются ДПТ серии 2П, 4П, ПИ от 0,75 до 750 кВт.
39) Принцип действия МПТ.
На главных полюсах 1 статора располагается обмотка возбуждения (ОВ) 2. При подключении ОВ к постоянному напряжению создается постоянный магнитный поток Ф, силовые линии которых направлены от одного полюса к другому. Эти силовые линии проходят через якорь 3 с его обмоткой (ОЯ) 4. Если якорь вращается то Ф пересекает провода обмотки якоря (ОЯ) и индуцируют в них ЭДС (по правилу правой руки).
ЭДС под одним полюсом имеет одно направление, под другим другое. Полюсные деления разделены линией, называемой геометрической нейтралью. Ее крайние точки обеспечивают наибольшую разность потенциалов, поэтому в них расположены щетки 6 скользящие по коллекторным пластинам 5. Если подсоединить щетки к нагрузке rн то по ней потечет ток Iя т.е. щеточно-коллекторный узел выполняет роль выпрямителя из переменной ЭДС в постоянную. Это соответствует генераторному режиму. В двигательном режиме к щеткам подводится постоянное напряжение. Щеточно-коллекторный узел распределяет ток якоря Iя по двум и более параллельным ветвям обмотки якоря, обеспечивая под разными полюсами разные направления протекания тока. Он взаимодействует с магнитным потоком Ф, образуются магнитодвижущие силы (по правилу левой руки), который прикладывается к проводам обмотки якоря и создают момент вращающий якорь.
40) Устройство МПТ.
Статор МПТ выполняется обычно из цельной стальной трубы, т.к. магнитный поток постоянный. На нем укрепляются главные полюса, которые выполняются шихтованным и надеваются на выступы статора или прикручиваются винтами. Предварительно на эти полюса надеваются обмотки возбуждения. Обмотки выполняются из проводников (медных) круглого или прямоугольного сечения. На статоре могут располагаться и дополнительные полюса, которые устраняют искрение под щетками.
Магнитопровод якоря выполняется шихтованным из листов электротехнической стали. В его пазы укладываются 2-хслойные обмотки якоря, для обеспечения синусоидальности ЭДС. Концы обмотки якоря припаиваются к коллекторным пластинам. В пазах обмотки закреплены клиньями.
Коллектор МПТ выполняется из клинообразных медных пластин, разделенных диэлектриком. МПТ малой мощности < 10 кВт имеют коллектор в виде впрессованных в пластмассовый цилиндр коллекторных пластин. Машины средней и большой мощности выполняют со сборным коллектором и диэлектриком является слюда или микомит.
Щетки закрепляются в щеткодержателях, укрепляемых на статоре и изолированы от корпуса (на траверсах). Щетки в зависимости от требований выполняются графитовыми, угольно-графитовыми, бронзо-графитовыми, электро-графитовыми или медно-графитовыми.
41) ЭДС машин постоянного тока.
ЭДС индуцируемое в проводнике обмотки якоря (ОЯ) расположенным между соседними коллекторными пластинами, определяется выражением:
Вх – индукция магнитного поля.
Lя и vя – длина и скорость движущегося проводника ОЯ.
Результирующая ЭДС может быть найдена как сумма Еi или как суммарный вектор.
Таким образом N проводников ОЯ распределяются на 2а параллельных ветвей, состоящих из последовательно соединенных проводников, включенных в группы между щетками противоположных полярностей.
42) Способы возбуждения и регулирования скорости ДПТ.
В ДПТ возможны следующие способы возбуждения
а) независимое или параллельное (НВ)
б) последовательное (в троллейбусах)
в) смешанное (в генераторах постоянного тока на легковых автомобилях)
Чтобы определить, как можно регулировать скорость строится электрическая схема ДПТ
Уравнение якорной цепи
;
Таким образом
Зависимость:
- отклонение скорости от М.
- скоростная характеристика
- механическая характеристика
Способы регулирования :
а) изменением ;
б) изменением Ф (магнитный поток)
в) изменением
43) Реостатное регулирование
1 показатель регулирования:
2) Регулирование ступенчатое изменением сопротивления
3) Стабильность низкая (наклон или жесткость) и ухудшается, т.к. с увеличением R жесткость падает
4) Экономичность (регулирования) низкая и падает с увеличением R, т.к. увеличиваются потери.
5) Регулирование осуществляется вниз от номинальной скорости при постоянном моменте используется в грузоподъемных машинах и то редко.
44) Регулирование скорости ДПТ изменением магнитного потока
1) D=2.5-3 до 10 в ДПТ с компенсационной обмоткой (4ПФ)
2) Бесступенчатое регулирование скорости изменением напряжения возбуждения UВ.
3) Стабильность регулирования – хорошая
4) Экономичность высокая, т.к. мощность возбуждения составляет 5-7% от Pд
5) Регулирование вверх от номинальной скорости при постоянном моменте.
Используется в приводах главного движения станков с ЧПУ.
45) Регулирование ДПТ изменением напряжения Uя.
1) D=103-104 (в замкнутых приводах с ОС по скорости).
2) Привод бесступенчатого регулирования.
3) Стабильность высокая, т.к.
4) Экономичность хорошая и лишь при возрастает доля электических потерь, т.е. снижается КПД.
5) Регулирование вниз от номинальной скорости при постоянном моменте. Используется в приводах подачи станков с ЧПУ.
46) Способы торможения ДПТ с НВ.
а) Генераторное
б) Динамическое
в) Противовключением
Генераторное торможение используется при переходе из двигательного режима в точке А на большой скорости в точку С с меньшей скоростью, при этом ДПТ переходит в точку В механической характеристики генераторного торможения с мометом МТ_В, т.к. скорость якоря не соответствует новому направлению (меньшему) якоря или большему магнитному потоку.
Динамическое торможение осуществляется при переключении обмотки якоря на тормозное сопротивление
ДПТ переходит на работу в точке D механической характеристики динамического торможения и затормаживается под действием момента MT D до нуля.
Торможение протвовключением осуществляется переключением полюсов обмотки якоря на противоположные.
Двигатель переходит из С в Е механической характеристики торможения противовключением и под действием МТ Е затормаживается до нуля, а затем может реверсироваться, если не отключить UЯ.
47) Определение и развитие электропривода.
Автоматизированный электропривод определяет производственные характеристики технологического оборудования: производительность, быстродействие, надёжность, удобство эксплуатации и управляемость.
Блок-схема АЭП.
АЭП (автоматизированный электропривод) – это электромеханическая система, состоящая из управляющего (УУ), преобразующего (П), электродвигательного (ЭД), передаточного (Р) и измерительного (ИУ) устройств, обеспечивающих перемещение исполнительного органа (ИО). При этом перерабатывается информация, заданная программой и энергия (чаще всего - электрическая) в перемещение.
1824 г. – Фарадей открыл электроиндукцию.
1839 г. – двигатель постоянного тока Якоби.
1891 г. – асинхронный двигатель Доливо-Добровольского.
Различают групповые и индивидуальные приводы. В групповом приводе несколько исполнительных движений имеют привод от одного двигателя. В индивидуальном приводе у исполнительного движения имеется собственный приводной двигатель. На смену групповым приводам в последнее время приходят индивидуальные приводы.
Направления развития АЭП:
1. Применение безредукторных приводов. Введение в АЭП редуктора приводит к повышению шума и снижению надёжности системы, поэтому в последнее время стараются применять безредукторные приводы.
2. Разработка специальных двигателей: высокомоментных, малоинерционных, вентильных.
3. Использование полупроводниковых преобразователей.
4. Увеличение числа измерительных устройств – датчиков обратной связи (ДОС).
5. Адаптация УУ к оборудованию.
6. Цифровой привод – привод с использованием микропроцессоров (МП) в элементах привода.
7. Комплексный АЭП, включающий в себя практически все элементы привода и изготавливаемые на одном предприятии или фирме.
48) Классификация АЭП.
1. По назначению:
а) привод главного движения (основное формообразующее движение),
б) привод подач (второе формообразующее движение),
в) привод вспомогательных перемещений.
2. По управляемости:
а) нерегулируемый привод обеспечивает одну скорость движения, а так же пуск, торможение и иногда - реверсирование,
б) регулируемый привод применяется для изменения скорости в широких пределах и поддержания постоянства заданной скорости,
в) следящий или программно-управляемый привод обеспечивает отработку заданного по программе сигнала с определённой точностью,
г) адаптивный привод с автоматическим выбором оптимального режима работы за счёт изменения параметров или структуры устройства управления (УУ).
3. По числу каналов информации:
а) разомкнутый привод с одним каналом информации. a и b не сравниваются, имеет низкую точность,
б) замкнутый привод. II – канал обратной связи для определения рассогласования или ошибки =a-b для её компенсации,
в) комбинированный привод. III канал – информация об основном возмущающем воздействии.
4. По роду тока:
а) постоянного тока,
б) переменного тока.
5. По виду преобразователя:
- тиристорные,
- транзисторные.
49) Приведение параметров электропривода.
Обычно параметры привода приводятся к валу электродвигателя.
Приведение момента сопротивления осуществляется из равенства .
В установившемся режиме момент двигателя .
Приведённый момент инерции определяется из равенства кинематической энергии, развиваемой на валу двигателя и кинетической энергии, развиваемой на ИО моментом .
Приведённая жёсткость механизма (по аналогии с ).
;
;
50-51) РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА
Способы регулирования скорости ДПТ с независимым возбуждением.
Уравнение якорной цепи:
Uя = Е + Iя*Rяц
М = с*Ф*Iя
Е = с*Ф*ω
Rяц = Rя + Rдоп
Uя = c*Ф*ω + Iя*Rяц
ω = f (Iя) – скоростная характеристика,
ω = f (М) – механическая характеристика.
Способы регулирования скорости:
1) Изменением Rяц за счет Rдоп – реостатное регулирование, используется в МС редко.
2) Изменением магнитного потока, Ф,
3) Изменением напряжения якоря, Uя .
52) Регулирование скорости вращения ДПТ с НВ изменением магнитного потока.
Скоростная характеристика:
Iкз = (10..15) Iян
Механическая характеристика:
Для машин средней и большой мощности регулирование осуществляется в первой зоне до М1, а для машин малой мощности и микромашин регулирование осуществляется во второй зоне , больше М1.
Показатели регулирования
1) В = 2.5..4 до 10 – диапазон регулирования для двигателей с компенсационной обмоткой до 10.
2) Регулирование осуществляется бесступенчато, удобно, но
3) Стабильность хорошая, но ухудшается при уменьшении магнитного потока.
4) Экономичность регулирования высокая, т.к. мощность возбуждения составляет 3..5 % от номинальной мощности двигателя.
5) Направление регулирования осуществляется вверх от номинальной скорости при постоянной мощности
P = M*ω = c*Ф*Iя*(Uя – Rяц*Iя)/сФ = Iя (Uя – Rяц*Iя) = = const.
Применяется в приводах главного движения станков с ЧПУ.
53) Регулирование скорости ДПТ изменением напряжения якоря.
Показатели регулирования
1) D = 104 для замкнутых приводов (с OC по скорости).
2) Регулирование бесступенчатое.
3) Стабильность высокая, ∆ω является величиной постоянной.
4) Экономичность регулирования хорошая, но при снижении скорости доля электрических потерь возрастает в общей отдаваемой мощности, что снижает КПД.
5) Регулирование осуществляется вниз от номинальной скорости при постоянном моменте. Применяется в приводах подачи станков с ЧПУ и МС.
Статические характеристики регулируемого привода.
К статическим характеристикам относятся:
а) Статическое отклонение скорости,
б) Жесткость механической характеристики,
в) Статизм.
54) Динамические характеристики.
К динамическим хар-м относятся: переходные или временные хар-ки и частотные хар-ки.
Переходная или временная хар-ка.
Зависимость выходного регулируемого параметра от времени называется переходной хар-ой h(t)
ω = f(t)
1 – сильноколебательная
2 – слабоколебательная
3 – монотонная
По переходной хар-ке устанавливаются следующие прямые показатели кач-ва:
а) Время переходного процесса. tп.п.Iотс стабилитрон V получает пробой и с сопротивления R снимается .
УТО (Устройство токоограничения) с отсечкой работает хорошо как в стационарных режимах (на жесткий упор), так и в переходных режимах.
При разгоне (в 10 – 15 раз), т. к. из-за .
Поэтому, отсечка таких токов позволяет уменьшить Uя и исключить аварии.
66) Устойчивость регулируемого привода
Для определения устойчивости используются критерии устойчивости.
Наиболее простой из них – алгебраический – матрица Гурвица.
В нем Используется полином или характеристическое уравнение, соответствующее знаменателю передаточной функции замкнутого привода.
Характеристическое уравнение:
Условие устойчивости для уравнения 3-го порядка по критерию Рауса-Гурвица:
Отсюда ;
Отсюда условие устойчивости: (в 2 – 3 раза)
Если условие не выполняется, то необходимо введение последовательных и параллельных корректирующих устройств, регулятора и внутренних ОС.
67) Привод подчиненного регулирования
Функциональная сема привода подчиненного регулирования имеет вид
ППР является многоконтурной системой.
Внешний контур – контур скорости, настраивается на оптимальные динамические характеристики регулятора скорости (РС). Внутренний контур – контур тока, настраивается регулятором тока (РТ). РС является задатчиком управляющего воздействия внутреннего, подчиненного контура тока. Регуляторы реализуются на полупроводниковых усилителях постоянного тока с большим коэффициентом усиления.
68) Общая схема ОС (Операционного усилителя)
Z0, Z1 – полные, комплексные сопротивления. Реализуются за счет активных сопротивлений, а также RC цепочек, параметры которых легко перенастраиваются, что позволяет обеспечить требуемый вид и параметры регуляторов.
П – пропорциональный, ПИ – пропорционально-интегральный, ПД – пропорционально-дифференциальный, И – интегральный, ПИД – пропорционально-инетегрально-дифференциальный.
Не Пропустите:
- ИЗУЧЕНИЕ СИСТЕМЫ ИМПУЛЬСНО – ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСПОЯННОГО ТОКА
- ИЗУЧЕНИЕ СИСТЕМЫ ИМПУЛЬСНО – ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСПОЯННОГО ТОКА Отчет по лабораторной работе
- Расчетно-графическая работа Электрические и компьютерные измерения ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ МОСТЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
- Ответы на лабораторную работу «качество электрической энергии»
- Лабораторная работа "моделирование источников электрической энергии"