Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
1.Структурная схема, определение и классификация электроприводов.
Электропривод и исполнительный механизм, как правило, соединяет друг с другом механические передачи. Электроэнергия поступает к электродвигателю либо от сети, либо от преобразователя. Управление электродвигателя или преобразователя осуществляется с помощью специальной аппаратуры управления АУ. Связь между перечисленными элементами можно изобразить так:
ГОСТ-ое определение электропривода: Электромеханическое устройство состоящее из электродвигателя, преобразователя, механический преобразователь, аппаратура управления предназначенное для электрификации и автоматизации рабочих процессов называется электропривод.
Классификация электроприводов по III признакам.
I По роду тока
II По назначению
III По способу управления
Классификация по способу управления.
1) Неавтоматизированный электропривод. Все операции по управлению выполняются человеком вручную.
2) Автоматизированный электропривод. Роль человека сводиться к подаче первоначальной операции, далее все операции выполняются аппаратами.
3) Автоматический электропривод. Работает без непосредственного участия человека. Например: автопилот, авторулевой, автомашинист.
2. Принципиальная схема и механические характеристики электродвигателя постоянного тока с параллельным возбуждением.
- частота вращения идеального холостого хода.
Rp2 > Rp1; Uн = const; Фн = const.
Вывод: все механические характеристики являются прямыми линиями, они пересекаются в одной точке n0. Естественная характеристика является жесткой, т.е. с изменением момента частота вращения изменяется не значительно.
Пример: приводной электродвигатель вентиляторов, насосов, компрессоров.
I = Ia = Iв; С1 и С2 – константы, Rпв – сопротивление последовательной обмотки возбуждения. Вид механических характеристик – гиперболы. Двигатель в режиме холостого хода не может. Обязательно должен быть связан с исполнительным механизмом. Развивает значительный момент вращения при потребления тока в небольших количествах. Широко применяется в небольших количествах.
3.Управление электродвигателем постоянного тока по системе генератор-двигатель. Механические характеристики электродвигателя.
Особенности системы – якоря генератора и двигателя электрически связаны между собой.
Uн > U1 > U2 > U3
Преимущество: 1) плавный пуск электродвигателя; 2) возможность широко и плавно регулировать частоту вращения электродвигателя в широком диапазоне; 3) возможность осуществления реверса с помощью потенциометра путем плавного изменения нагрузки тока возбуждения генератора и значит ЭДС.
4. Механические характеристики асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Использование формулы Клосса для расчета механических характеристик.
Односкоростные АД с короткозамкнутым ротором
Двухскоростные АД с короткозамкнутым ротором
– формула Клосса. Из каталога
- (+) двигательный режим, (-) генераторный режим.
M(S) → n = n1(1-S) → n(M)
5. Механические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором при отсутствии и наличии добавочного сопротивления в цепи ротора.
Достоинства: с помощью реостата можно регулировать величину пускового момента, частоту вращения вала двигателя.
Недостатки: наличие контактных колец и щеток.
6. Механические характеристики исполнительных механизмов. Определение мощности электродвигателя в установившемся режиме по механическим характеристикам ЭД и ИМ.
В результате наличия механической передачи отдельные элементы электропривода и исполнительного механизма вращения с различной частотой вращения. Механической характеристикой ИМ называется зависимость частоты вращения вала электродвигателя от приведенного к нему статического момента сопротивления.
М = М0+М2 = Мс – статический момент сопротивления
n = F1(Mc) – механическая характеристика ИМ.
1 – грузоподъемные устройства, 2 – вентиляторы и насосы, 3 – преобразователи.
Если на одном графике в одном масштабе нанести характеристики ЭД и ИМ – точка пересечения определит требуемую мощность.
Рн = (МнUн)/9550 (кВт); [M] =Н м; [n] = об/мин.
7. Приведение моментов сопротивления к валу приводного электродвигателя.
Приведение моментов к оси вращения двигателей производиться на основании энергобаланса системы.
Pn – потери в передаче (ηn); Pдηn = Рм; М Ω = Мсм Ωм 1/ηn. Где Ω и Ωсм – угловая скорость вращения ЭД и ИМ. Мс = Мсм/ipηn; ip = Ω/Ωм – передаточное отношение редуктора.
Если механическая передача имеет k-звеньев, у которых ip1 ip2 ip3… ipk, и соответственно ηn1 ηn2 ηn3… ηnk, то результирующая формула равна:
23. Основные правила техники безопасности при работе с электрооборудованием.
1. Осмотр и ремонт проводить при снятом напряжении, при это вывесить табличку «Не включать, работают люди!».
2. Запрещается ввод действия при неисправности одного из видов защиты, а также при сопротивлении изоляции ниже допускаемого предела, при неисправной изоляции, при вибрации.
3. Запрещается хранить на кабельных трассах внутри комплексных подстанций предметы.
4. Планово-предупредительный ремонт (ППР) и планово-предупредительный осмотр (ППО)
8. Приведение моментов инерции к валу приводного электродвигателя.
Приведение моментов инерции вращательных частей основано на том, что суммарный запас кинематической энергии системы должен быть равен сумме кинематических энергий запасенных во всех вращающихся частях машинного устройства.
Iд – момент инерции ЭД; Iм – момент инерции ИМ. I1, I2…Ik; Ω1, Ω2…Ωk.
- учитывает инерционность механической предачи
На практике они учитываются путем увеличения момента инерции двигателя на поправочный коэффициент: ; kn = 1,1÷1,3.
Если в машинном устройстве наряду с вращающимися частями имеются элементы, движущиеся поступательно, то они учитываются путем введения эквивалентного вращения звена.
mΣ – масса тел движущихся поступательно со скоростью V.
Тогда
9. Режимы работы электродвигателей.
Исполнительные механизмы работают в различных режимах – это учитывает электротехническая промышленность, которая выпускает электродвигатели:
1) продолжительный режим;
2) кратковременный режим;
3) повторно-кратковременный режим;
4) перемежающийся режим.
Характеристика:
1) Двигатели продолжительного режима работы предназначены для работы с неизменной нагрузкой сколь удобно долгое время. В таком режиме работают приводные электродвигатели насосов, компрессоров, вентиляторов и т.д.
2) Кратковременный режим характеризуется тем, что электродвигатель под нагрузкой в течение времени tp, за тем следует длительная пауза t0 tp<<t0. В таком режиме работают: клапаны электровоздушных и водяных систем. Промышленность выпускает кратковременные электродвигатели соответствии со стандартом tр.ст. = 10, 30, 60, 90 мин.
3) Повторно-кратковременный режим – двигатель предназначен для работы с длительной циклической работой. tц = tp + t0. Грузовые лифты, рефрижераторные установки. Продолжительные включения (ПВ).
Промышленный выпуск с ПВст. = 15, 25, 40, 60%; ПВгруз.лифтов = 40, 60%.
4) Перемежающийся режим – работа с длительной циклической работой. tц = tp + txx. Продолжительные нагрузки (ПН). . Стандартные значения ПНст = 15, 25, 40, 60%. Расчет двигателя производиться в общем случае по нагрузочным диаграммам электропривода.
10. Уравнение движения электропривода, его анализ.
В более общем случае для расчета электродвигателя в системе электропривода приходится учитывать нагрузку в переходных режимах. Переходные режимы возникают всякий раз, когда нарушается равенства между вращающимся моментом электродвигателя и моментов сопротивления М ≠ Мс. Переходный момент сопровождается изменением скорости вращения, которая происходит под воздействием динамического момента. Для переходного режима уравнение равновесия имеет вид: Мдин = М - Мс.
Динамический момент – инерционный, т.к. его появление связано с изменением энергии запасенной в движущихся частях машинного устройства. . IΣ – приведенный момент инерции к валу двигателя, кг м2. – уравнение движ. ЭП. GD2 – маховой момент двигателя, Нм2; mΣ – масса движущихся тел машинного устройства, кг; R и D – радиус и диаметр инерции, м; G – сила тяжести, Н; g = 9,81 м/с2 – ускорение силы тяжести. – ЭП ускоряется; – ЭП работает с замедлением.
16. Система контакторного прямого пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (реверсивный магнитный пускатель).
Элементы схемы: АД с короткозамкнутым ротором; два трехполюсных контактов направления вращения КВ – вперед и КН – назад; тепловые реле 1РТ и 2РТ; кнопка управления В – вперед, Н – назад, кн. «Стоп».
Принцип работы: при нажатии на кн. «Вперед» получает питание контактор вперед КВ, он срабатывает, замыкая свои главные контакты и АД начинает работать от питающей сети. Одновременно замыкается КВ1 шунтируя кн. «Вперед», после чего её можно выключить. Размыкая КВ2 осуществляется электроблокировка. Если бы не было КВ2, то при случайном нажатии кн. «Назад» произошло бы замыкание. Реверс последует после нажатия на кн. «Стоп» и кн. «Назад». Комплекс аппаратуры выделенный красным цветом на схеме называется реверсивный магнитный пускатель переменного тока.
15. Система контакторного прямого пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (нереверсивный магнитный пускатель).
Красным на схеме показан магнитный пускатель.
Элементы схемы: АД – асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором; трехполюсный линейный контактор КЛ; тепловые реле 1РТ и 2РТ; кнопки управления «Стоп» и «Пуск».
Принцип действия: при нажатии на кнопку «Пуск» получает питание катушка втягивающая контактора линейного КЛ. Он срабатывает, замыкает главные контакты и подключает АД к питающей сети. Одновременно замыкается вспомогательный контакт КЛ, шунтирующий кнопку «Пуск». Контакторы линейные отключают АД от сети в следующих случаях: при нажатии на кнопку «Стоп»; при сравнении тепловой защиты; при исчезновении напряжения в питающей сети.
13. Реле защиты. Устройство и принцип действия теплового реле.
Реле защиты применяется для защиты от ненормальных условий работы: перегрузка по току, исчезновение напряжения и др. Максимальное реле защищает от перегрузки по току, применяется в системах на постоянном токе. Состоит из тех же элементов, что и электромагнитное реле времени. Это реле мгновенного действия. Катушка включается последовательно в главную цепь. Ток срабатывает – ток установки.
Принцип действия: когда ток в обмотке реле превысит ток установки, оно срабатывает - якорь притягивается к сердечнику и контакты в цепи размыкаются, и срабатывает аппарат отключающий двигатель.
Тепловое реле – температуротоковое реле, защищает от перегрузки по току на двух фазах.
1 – корпус реле,
2 – подвижный шток,
3 – двухслойная металлическая пластинка,
4 – отбрасывающая пружина,
5 – контакты.
Принцип работы: при перегрузке по току двухслойная пластина изгибается, пружина перемещает к себе подвижный шток и контакты размыкаются.
11. Нагрузочные диаграммы электропривода. Расчет мощности приводного электродвигателя по нагрузочным диаграммам.
Нагрузочная диаграмма – это зависимость тока, мощности или момента электродвигателя от времени. из уравнения следует М = Мд + Мс. Мд – динамический момент, Мс – момент статического сопротивления. M(t), P(t), I(t). Нельзя построить нагрузочную диаграмму не располагая самим электродвигателем, с другой стороны мы должны по диаграмме определять электродвигатель – эту неопределенность.
- мощность в первом приближении. kз = 1,1÷1,5 – коэффициент запаса.
t1 → Mc1; t1 → Mc1;… tk → Mck. ; nср. – определяется по исполнительному механизму. Выбираем по каталогу
Расчет мощности электродвигателя по нагрузочным диаграммам. Продолжительный режим.
Для расчета мощности двигателя в других режимах используются методы эквивалентных величин. Сущность этих методов заключается в том, что реальная нагрузочная диаграмма с переменной нагрузкой заменяется эквивалентной нагрузочной диаграммой с постоянной позволяющей сохранять потери определенного направления.
Эквивалентный ток – такой неизменный во времени ток, при котором в двигателе будут создаваться потери равные средним потерям при меняющемся токе нагрузки.
Iэ ≤ Iн – двигатель перегреваться не будет. Моменты двигателя пропорциональны току
Рассмотрим повторно-кратковременный режим. Нагрузочная диаграмма имеет вид:
Эквивалентный момент определяется за время одного цикла, пауза не учитывается.
;
Асинхронный двигатель надо проверить на перегрузочную способность, через критический момент. Мк – критический момент, Мк > Mmax – двигатель не перегружается.
12. Классификация аппаратов управления. Устройства и принцип действия электромагнитного реле времени.
На современных путевых и подъемно-транспортных машинах получили широкое применение контактные аппараты. Замыкая или размыкая свои контакты, они производят переключение в электроцепях. Контактные аппараты делятся на: аппараты ручного управления (АРУ), реле и контакторы. Реле и контакторы используют магнитный принцип работы, основанный на механическом воздействии тока. Контакты: замыкающие и размыкающие. За нормальное положение контактов принимается их положение при отсутствии механических воздействий на АРУ и обеспеченных катушками электромагнитных аппаратов. В системе электропривода различают: главные электроцепи и цепи управления. По главной электроцепи электроэнергия подводиться к электродвигателю, либо непосредственно от цепи, либо от преобразователя. Цепи управления предназначены для электросоединения между собой аппаратов и обеспечивают определение последовательности их работы. Все аппараты собираются в отдельные комплектные устройства: силовые контроллеры и реостаты, магнитные пускатели, магнитные станции и магнитные контроллеры.
Реле – аппарат, контролирующий изменение физической величины, автоматически срабатывающий при достижении ей заданного значения и выводящий переключения в цепях управления. Реле делятся: 1) по принципу действия: электромагнитные, тепловые и механические; 2) основные группы: реле управления и реле защиты. Реле управления – для управления электроприводом. Электромагнитное реле времени предназначено для получения выдержки времени, необходимой для выполнения программы управления. Схема реле времени:
1 – ферромагнитный сердечник,
2 – втягивающая катушка,
3 – ферромагнитный поворотный якорь,
4 – не магнитная прокладка,
5 – регулировочный винт,
6 – отбрасывающая пружина,
7 – контакты.
Принцип действия. Из-за медленного спадания магнитного потока после отключения реле, якорь отпадает от сердечника с некоторой выдержкой времени.
Ф0 – магнитный поток при котором якорь отпадает от сердечника.
Если катушка не короткозамкнута, то где rk и Lk – активное сопротивление и индуктивность катушки.
Выводы: tвыд зависит от тока пуска – ток установки. tвыд – выдержка времени. Регулируя ток установки можно регулировать выдержку времени. Регулирование выдержки времени: 1. Затягиваем регулировочный винт – изменяем натяжение пружины. 2. Изменяем толщину не магнитной прокладки. tвыд = 0,25÷5,5 сек. К реле управления также относятся реле контроля механических параметров, уровня жидкостей, частоты вращения, а так же промежуточное реле, предназначенное для выполнения вспомогательных операций.
14. Устройство и принцип действия контактора.
Контактор – электромагнитный аппарат, предназначенный для дистанционного включения или отключения главных элетроцепей.
Классификация:
1) по роду тока: переменного, постоянного и универсального;
2) по количеству пар главных контактов: однополюсные, двухполюсные, трехполюсные, четырехполюсные, пятиполюсные.
Принципиальная схема:
1 – втягивающая катушка,
2 – ферромагнитный сердечник,
3 – ферромагнитный якорь,
4 – отбрасывающая пружина,
5 – главные контакты,
6 – дугогасительная катушка,
7 – вспомогательные контакты,
8 – дугогасительная камера.
Принцип действия: при получении питания втягивающей катушкой, якорь притягивается к сердечнику. Главные контакты замыкаются, а вспомогательные – размыкаются или замыкаются в зависимости от нормального положения. Если катушка теряет питание, отбрасывающая пружина переводит якорь в исходное положение, при этом главные контакты размыкаются.
17. Система контакторного прямого пуска и реверса электродвигателей постоянного тока.
Без реостатный пуск возможен при Р ≤ 1 кВт.
Элементы схемы: электродвигатель постоянного тока с параллельным возбуждением; однополюсный линейный контактор КЛ; реле максимальное РМ; кнопки управления кн.СТОП и кн.ПУСК.
Принцип работы: замыкаем рубильник – подается питание обмотке возбуждения. При нажатии кн.ПУСК получает питание втягивающая катушка КЛ. замыкая главный контакт контактора и подключая якорь двигателя к питающей сети, одновременно замыкается вспомогательный контакт КЛ шунтирующий кн.ПУСК. Контактор линейный отключает электродвигатель от сети в следующих случаях: при нажатии на кн.СТОП; срабатывание максимальной защиты; исчезновение напряжения в питающей сети.
Существует реверсивный магнитный пускатель постоянного тока. Его цепь управления ни чем не отличается от схемы реверсивного пускателя переменного тока, а главная цепь отличается.
18. Автоматизированный реостатный пуск двигателя постоянного тока в функции ЭДС.
Недостатки: втягивающая катушка КУ находиться под питанием в течении всего времени работы электропривода.
Элементы: электродвигатель постоянного тока с параллельным возбуждением; контактор линейный КЛ; контактор ускорения КУ; ступень пуска сопротивления Rп; кнопки управления.
Принцип работы: включая рубильник получает питание ОВ. При нажатии на кн.Пуск замыкается нижние её контакты, получает питание КЛ, замыкаются главные контакты КЛ и подключается якорь с сопротивлением к питающей сети. Одновременно вспомогательные контакты КЛ шунтируются нижний контакт кн.Пуск. Отпустив кн.Пуск, то получит питание контактор ускорении КУ. . Замыкается КУ и шунтируется пусковое сопротивление. Выход двигателя на естественные характеристики работы.
20. Автоматизированный реостатный пуск электродвигателя постоянного тока в функции времени.
Элементы схемы: электродвигатель с параллельным возбуждением; линейный контактор; контактор ускорения с выдержкой временем при замыкании; пусковое сопротивление; кнопки управления.
Принцип действия: включаем рубильник, получает питание ОВ двигателя и втягивающая катушка КУ. Как только втягивающая катушка КУ получает питание, КУ срабатывает и размыкает контакт КУ с выдержкой времени. Нажимаем кн.Пуск получает питание втягивающая катушка КЛ, КЛ срабатывает и подключает якорь электродвигателя с пусковым сопротивлением к питающей сети, включается контакт КЛ1, шунтирующая кн.Пуск. КЛ2 отключает катушку КУ. Главный контакт замыкается по прошествии заданного времени и выводит пусковое сопротивление из цепи якоря.
19. Автоматизированный реостатный пуск двигателя постоянного тока в функции тока.
Аппарат можно настроить так, что он будет срабатывать при определенной величине тока электродвигателя.
Элементы схемы: электродвигатель с параллельным возбуждением; линейный контактор КЛ; контактор ускорения с двумя втягивающими катушками (параллельная и последовательная) КУ; экономное сопротивление ЭС; кнопки управления; пусковое сопротивление.
Принцип действия:
Включая рубильник, получает питание втягивающая катушка КЛ, но он не срабатывает. Из-за экономного сопротивления сила притяжения якоря у сердечнику мала. Нажимаем кн.Пуск при этом получает питание параллельная катушка ускорения КУ. Контактор срабатывает, при этом замыкается главный контакт КУ и в цепь якоря вводиться пусковое сопротивление и последовательная втягивающая катушка КУ. Одновременно замыкаются вспомогательные контакты КУ1 и КУ2. КУ1 шунтирует экономное сопротивление и якорь КЛ притягивается к сердечнику. КУ2 шунтирует кн.Пуск. после чего ее можно отпустить. Главный контакт КЛ замыкается и подключает якорь электродвигателя с пусковым сопротивление к питающей сети. Одновременно размыкается вспомогательный контакт КЛ. Он отключает параллельную катушку. Но главный контакт КУ не замыкается, якорь удерживается последовательной КУ. По мере уменьшения тока двигателя, силы удерживания не хватает и главный контакт КУ замыкается, шунтируя пусковое сопротивление и последовательное КУ. Размыкая КУ1 шунтируется ЭС, но КЛ продолжает нормально работать. Последовательное и параллельное КУ отключены при работе системы.
21. Автоматизированный реостатный пуск асинхронного двигателя с фазным ротором в функции тока.
Элементы: асинхронный двигатель с фазным ротором; линейный контактор; промежуточное реле; контактор ускорения; реле тока; кнопки управления; трехфазное пусковое сопротивление.
Принцип работы: при нажатии на кн.Пуск получает питание втягивающая катушка КЛ, он срабатывает и подключает контакты КЛ и подключает АД с сопротивлением в роторе к питающей сети. От ограниченного броска тока срабатывает РТ, РТ1 замыкается и РТ2 размыкается, тем самым получает питание РП и замыкается РП1 и РП2. По мере уменьшения тока, в роторе РТ отключается, при этом РТ1 размыкается, а РТ2 замыкается. Получает питание контактор ускорения, срабатывает и отключает пусковое сопротивление и РТ.
Задачи.
Тип 1. Расчет переходных процессов. Дан трехфазный АД. Р2н; nн; kn=Mn/Mн; GD2дв; GD2системы=1,5GD2двигателя; Мс=Мн=const; М=Мп=const; tп-? Решение: ; ;
Тип 2. Определение динамического момента при разгоне грузового лифта. Мдин-? ; ;
; ; . а – ускорение.
Тип 3. Определение мощности электродвигателя по нагрузочной диаграмме. ;
. Проверить двигатель на условие пуска. kn=Mn/Mн→ПВ=25%; МТК для ПВ=15% Р15=4кВт. Р25=3,5кВт→Мн→ПВ=25%
22. Понятие о системах автоматического управления (САУ). Функциональная схема САУ.
Система параметрической стабилизации. Рассмотрим систему Г-Д предназначенную для управления электродвигателем. Uc – напряжение сети; Р – регулировочный реостат; Iв – ток возбуждения генератора; ТГ – тахогенератор; ТХ – тахометр; Rв – сопротивление ОВГ; Rp – сопротивление Р.
Изменяя сопротивление реостата изменяется ток возбуждения генератора, ЭДС генератора, напряжение на зажимах двигателя и изменяет частоту вращения двигателя. Для цепи возбуждения справедлива формула . Если Rp↑, то Iв↓, Ег↓, U↓, n↓.
U1 > U2 > U3; n1 > n2 > n3. Считается, что положения движка реостата точно обеспечивает частоту вращения двигателя . В действительности эта система подвержена различным возмущающим воздействиям. Они нарушают связь между Iв токов возбуждения, это можно компенсировать перемещением реостата, чтобы на тахометре было показано необходимое количество вращения.
САУ называется замкнутая динамическая система обеспечивающая поддержку управления параметра постоянным или его изменение по заданной программе. При создании САУ используются два способа: по отклонению регулируемого параметра; по отклонению нагрузки.
1) Для реализации первого способа необходимо выход системы связать с входом.
Выражение для тока возбуждения . Если n↑, то Uтг↑, Iв↓, Ег↓, Uг↓, nд↓ до начального.
2)
ОУ1 – командная обмотка;
ОУ2 – осуществляет обратную связь по перегрузке;
ОУ3 – стабилизационная обмотка;
Ш – шунт;
ПС – потенциометр сравнения;
В – вентиль отсечки.
Данная система позволяет получить механическую характеристику электродвигателя заданной формы. Если Uп > Uш, то I2 = 0. Если Uш > Uп, то I2 ≠ 0.
I характеристика – при работе только одной ОУ1; II характеристика – при отсутствии отсечки по току в ОУ2; III характеристика – с отсечкой по току в ОУ2. В САУ различают объект управления и технические средства обеспечения управления. В качестве технических средств могут быть использоваться трансформаторы, реле, логические элементы и т.д. Всякую САУ можно представить в виде функциональной схемы, устанавливающей связь между объектом управления и техническим оборудованием.
Задающее устройство – реостат; усилительно-преобразовательное устройство – генератор; объект управления – электродвигатель; измерительное устройство – тахогенератор.