Електропривод тема 14 загальні відомості про електропривод icon

Електропривод тема 14 загальні відомості про електропривод




Скачати 421.62 Kb.
НазваЕлектропривод тема 14 загальні відомості про електропривод
Дата03.06.2013
Розмір421.62 Kb.
ТипДокументи

ЕЛЕКТРОПРИВОД

ТЕМА 14

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ЕЛЕКТРОПРИВОД

Ключові поняття: електропривод (ЕП), зворотний зв'язок, автоматизований ЕП, ЕП нерегульований (стежачий регульований, програмно-керований, адаптивний), ЕП груповий (одиночний, багатодвигуновий), статичний момент, результуючий момент інерції, реактивний (активний) момент опору, усталений (перехідний) ре­жим ЕП, механічна характеристика двигуна (виробничого механізму), жорсткість механічної характеристики, статична стійкість, методи еквівалентних величин, три­валий (короткочасний, повторно-короткочасний) режим роботи двигуна.

14.1. Основні поняття

Електричним приводом (ЕП) називається електромеханічний пристрій, призначений для автоматизації робочих процесів.

ЕП складається (рис. 14.1) з електродвигуна ЕД, передатного пристрою ПП, перетворювача П і керуючого пристрою КП. В ЕП, залежно від поставлених до нього вимог, використовують двигуни постійного струму незалежного, паралельного, по­слідовного або змішаного збудження, АД, крокові електродвигуни та ін. Основним завданням електродвигуна в приводі є перетворення електроенергії джерела живлен­ня ДЖ (зокрема, електромережі) на механічну енергію обертового вала (обертовий двигун) або на енергію мас, що переміщаються лінійно (лінійний двигун). Іншими словами, двигун повинен розвивати рухові зусилля: рушійний момент або рушійну механічну силу, які передаються робочому органу РО.




Рис.14.1 - Структурна схема електропривода



Електродвигун також здійснює зворотне перетворення механічної енергії обертання або лінійного переміщення, що надходить від робочого механізму, на електричну. В цьому режимі він створює гальмовий момент.

У сучасному ЕП двигун надає руху РО через передатний пристрій, що знижує або підвищує частоту обертання (редуктори, клиноремінні передачі та ін.), або змінює вигляд руху (зубчасто-рейкові, кривошипно-шатунні та ін.). Іноді електродвигун безпосередньо з'єднають з робочим механізмом.

Важливим елементом ЕП є перетворювач, необхідність якого викликана не­обхідністю зміни частоти обертання. Як правило, цього домагаються регулюванням напруги і частоти струму, споживаного двигуном. Для роботи двигуна постійного струму треба забезпечити його живленням від джерела постійної напруги.

Керуючий пристрій ЕП служить для керування перетворенням електрич­ної енергії на механічну і забезпечення необхідної якості технологічного проце­су. Він являє собою сукупність функціонально зв'язаних між собою електрома­гнітних, електромеханічних, напівпровідникових і інших елементів. До таких елементів належать кнопки керування та командоапарати, реле і контактори, блоки безконтактної автоматики та ін. Сучасні високоточні ЕП містять у своїй системі керування обчислювальні комплекси й ЕОМ спеціального призначення.

Керування ЕП здійснюється впливом на перетворювач і електричний дви­гун керуючих сигналів, які виробляє керуючий пристій (рис. 14.1). Керуючий сигнал може формуватися з урахуванням тільки задаючого сигналу U3 або U3 і сигналів, що надходять від інших елементів привода. Так, на рис. 14.1 показа­ний окремий випадок, коли на КП надходять сигнали тільки від РО.

У випадку, коли керування здійснюється тільки з урахуванням задаючого сигналу и3, ЕП є розімкнутим. Якщо є зв'язки з контрольованими параметрами робочого механізму, ЕП є замкнутим і називається автоматизованим елект­роприводом. Зв'язки, що забезпечують надходження сигналів на КП від інших елементів, називаються зворотними зв'язками.

ЕП залежно від їхніх ознак ділять на класи. Розглянемо, на які класи під­розділяють приводи за видами регулювання.

Нерегульованими називають ЕП, швидкість робочих механізмів у яких незмінна. Вони забезпечують виконання найпростіших операцій (пуск, останов, іноді реверсування двигуна). При цьому в сталому режимі частота обертання визначається природною механічною характеристикою і моментом статичного навантаження. Регульованими називають ЕП, в яких частота обертання двигуна здатна змінюватися під впливом сигналу керування. Стежачими називають ЕП, здатні забезпечувати автоматичне перетворення будь-якого не заданого за­здалегідь вхідного сигналу на рух виробничого механізму. Програмно-керованими називають ЕП, у яких лінійне або обертове переміщення здійсню­ється за заданою програмою. Програма являє собою послідовність траєкторій (або законів) руху виробничого механізму, відтворюваних приводом. Адапти­вним називають ЕП, здатний здійснювати автоматичний вибір найкращого ре­жиму роботи двигуна шляхом зміни структури і параметрів системи керування.

Залежно від способу передачі механічної енергії від двигунів до робочих органів виробничих машин ЕП діляться на три класи: груповий, одиночний і багатодвигуно- вий привод. Груповим називається ЕП, в якому один двигун надає руху за допомо­гою трансмісій або передач групі робочих машин або групі робочих органів однієї машини. Одиночним називається ЕП, в якому електродвигун надає руху тільки од­ному робочому органу машини. У ряді випадків електродвигун конструктивно вбудо­ваний у механізм так, що утворює з робочим органом єдине ціле. Прикладами елект­рифікованих робочих органів можуть служити електричні ручні машини (див. тему 18), електроталь, електрошпиндель та ін. Багатодвигуновим називається ЕП, в яко­му робочі органи однієї машини приводяться до руху декількома електродвигунами.

^ 14.2. Механіка електроприводу

Механічна частина ЕП передає механічну енергію від електричного дви­гуна до виробничої машини, де ця енергія реалізується в корисну роботу. Конс­труктивне виконання механічної частини ЕП може бути досить різним, проте, вона містить певні ланки з загальними для різних приводів функціями. Елект­родвигун як ланка механічної частини привода являє собою джерело або спо­живач механічної енергії. До механічної частини привода входить лише його обертовий елемент (ротор або якір), який має певний момент інерції, може обе­ртатися з деякою швидкістю і розвивати рушійний або гальмуючий момент.

Передатний пристрій здійснює перетворення руху в механічній частині електропривода. За допомогою передатного пристрою може збільшуватися або зменшуватися швидкість, змінюватися вид руху, наприклад, здійснюватися пе­ретворення обертового руху на поступальний та ін. До передавальних механіз­мів належать редуктори, гвинтові, зубчасто-рейкові або пасові передачі, бара­бан із тросом, кривошипно-шатунний механізм та ін. Передавальний механізм характеризується коефіцієнтом передачі, що представляє собою відношення швидкості на виході до швидкості на вході, механічною інерційністю і пружні­стю його елементів, зазорами і тертям у зачетленнях пристрою.

Робочий орган виробничої машини реалізує підведену до нього механічну енергію в корисну роботу. Найчастіше він є споживачем енергії. Ця функція робочого органа характерна для механізмів, які здійснюють обробку матеріалів, підйом або переміщення вантажів та ін. При цьому потік механічної потужності спрямований від двигуна до робочого органа. Іноді робочий орган може бути джерелом механічної енергії. У цьому випадку він віддає механічну енергію, яка була накопичена, наприклад при підйомі вантажу, або надійшла до механі­зму ззовні, наприклад, при вітровому навантаженні на поверхню крана. Потік механічної потужності при цьому спрямований від робочого органа до двигуна.

Робочий орган характеризується певною інерційністю, робочим момен­том при його обертовому русі або робочим зусиллям при поступальному русі. В кожному конкретному механізмі він має своє конструктивне виконання. Зокре­ма, на підйомному крані робочим органом є гак, грейфер механізмів підйому, візок, міст механізмів пересування, поворотна платформа механізмів повороту. На підйомнику - це кабіна, кліть, скіп. На екскаваторі-ківш механізмів напору, тяги і підйому одноковшевих екскаваторів, робоче колесо роторних екскавато­рів, поворотна платформа механізмів повороту.

Передача механічної енергії від вала двигуна до робочого органа або назад по­в'язана з втратами в механічних ланках. Причина втрат-тертя в підшипниках, на­прямних, зачепленнях та ін. У механічних ланках, які мають пружність, виникають додаткові втрати, обумовлені в'язким тертям у елементах, що деформуються. У ре­зультаті цього потік потужності, проходячи від джерела до споживача, поступово зменшується. Очевидно, що втрати механічної енергії покриваються джерелом енер­гії - двигуном при прямому потоці енергії і робочим органом при зворотному.

Робота, яка виконується двигуном або робочим органом, визначається за формулами:

де F - сила, Н; М- момент, Нм; ω - кутова швидкість, рад/с; v - лінійна швидкість, м/с.

Механічна потужність визначається як похідна роботи за часом, тобто

Завдання ЕП полягає у виконанні заданих за технологічними вимогами законів руху робочого органа. При цьому найчастіше виходять з того, що закон руху ротора двигуна пропорційний зазначеному закону для робочого органа.

Коли вважати, що механічна частина ЕП складається з абсолютно жорстких елементів, що не деформуються і не містять повітряних зазорів, то рух одного елеме­нта подає повну інформацію про рух всіх інших елементів, тобто функціональні за­лежності, що відповідають законам руху всіх ланок кінематичного кола привода, пропорційні один одному і від руху одного елемента можна перейти по заздалегідь відомому взаємозв'язку між координатами до руху будь-якого іншого елемента. Це дозволяє розглядати рух ЕП на будь-якому одному механічному елементі. Звичайно за такий елемент приймають вал двигуна, і до нього приводять всі зовнішні моменти або сили, а також всі інерційні маси механічних ланок.

Для приведення до вала двигуна моменту або зусилля навантаження ро­бочого органа виробничої машини скористаємося балансом потужності в меха­нічній частині привода


де Рс - потужність на валу двигуна; Рро - потужність на робочому органі; ∆Р - потужність втрат у механічних ланках.

Якщо для механічної частини привода відомий ККД η, то рівність (14.5) може бути представленою у вигляді




При обертовому русі робочого органа потужність на робочому органі і на валу електродвигуна визначають в такий спосіб:





де ωро - кутова швидкість робочого органа; Мро - момент навантаження на робо­чому органі; ω - кутова швидкість вала двигуна; Моп - момент опору на валу двигуна, називаний також статичним моментом.

де ір = ω/ ωро — передатне відношення (коефіцієнт) редуктора.

Аналогічні співвідношення можуть бути отримані для випадку поступа­льного руху робочого органа. Потужність на робочому органі




де Fpo - зусилля навантаження на робочому органі; vро - лінійна швидкість руху робочого органа.

де ρ = v/ω - радіус приведення зусилля навантаження до вала двигуна.

Величина Моп, обумовлена співвідношенням (14.9), називається моментом опору (або статичним моментом), приведеним до вала двигуна. Значення ip і ρ визначають за конструктивними параметрами передавальних механізмів.

Зміст приведення інерційних мас і моментів інерції механічних ланок до вала двигуна полягає в тому, що ці маси і моменти інерції замінюються одним еквівалентним моментом інерції J на валу двигуна. Умовою приведення є рів­ність кінетичної енергії, обумовленої еквівалентним моментом інерції, сумі кі­нетичних енергій всіх елементів механічної частини привода, що рухаються.

^ Еквівалентний момент інерції J, приведений до вала двигуна, називають результуючим або сумарним моментом інерції електропривода. Прикладами обертових елементів у механічній частині привода можуть служити, крім рото­рів двигунів, сполучні муфти, гальмові шківи, барабани, поворотні платформи екскаваторів і кранів. До елементів, що рухаються поступально, належать мос­ти, візки і вантажі кранів, конвеєрів та ін.

^ 14.3. Рівняння руху електропривода

При вивченні руху ЕП виникає необхідність визначення різних механіч­них величин - шляху і кута повороту, швидкості і прискорення, а також момен­тів і сил, що викликають рух і визначають його характер.

Рух ЕП визначається дією двох моментів: моменту, що розвивається дви­гуном, і моменту опору. Залежно від причини, що обумовлює виникнення мо­менту опору, розрізняють реактивний і активний моменти опору.

Реактивний момент опору з'являється тільки внаслідок руху - це про­тидіюча реакція механічної ланки на рух, наприклад, моменти тертя, що вини­кають в обертових елементах та ін. Реактивний момент спрямований завжди проти руху, тобто має знак, протилежний знаку швидкості. Елемент, що ство­рює реактивний момент, може бути тільки споживачем енергії.

Активний момент опору з'являється незалежно від руху електропривода і створюється сторонніми джерелами механічної енергії. Це, наприклад, мо­мент, обумовлений вагою переміщуваного по вертикалі вантажу, момент, ство­рюваний силою вітру. Напрямок активного моменту не залежить від напрямку обертання, тобто знак активного моменту не зв'язаний із знаком кутової швид­кості. При зміні напрямку обертання знак цього моменту зберігається. Джерело, що створює активний момент, може як споживати, так і віддавати енергію.

У системах ЕП основним режимом роботи електричної машини є режим двигуна. При цьому момент опору має гальмуючий характер відносно руху ро­тора і діє назустріч моменту двигуна. Тому позитивний напрямок моменту опо­ру приймають протилежним позитивному напрямку моменту двигуна і основне рівняння руху ЕП має вигляд


У рівнянні (14.10) моменти є алгебраїчними, а не векторними величина­ми, оскільки обидва моменти М і Моп діють відносно тієї ж самої осі обертання.

Праву частину рівняння (14.10) називають динамічним моментом Мдин, тобто




де момент інерції — визначається як


де r - відстань від осі симетрії, m - маса тіла.

З рівняння (14.11) випливає, що при М = Моп швидкість обертання елект­ропривода буде незмінною (ω=соnst), а динамічний момент відсутній, тому що

.Такий режим називається сталим.




При М > Моп маємо , що відповідає прискоренню двигуна. Динамічний момент в цьому випадку спрямований протилежно моменту двигуна, об­межуючи прискорення. Якщо М < Моп, то , і двигун уповільнюється.




Динамічний момент при цьому діє згідно з моментом двигуна.

Режим роботи ЕП при швидкості обертання, що змінюється ,

називається перехідним. Перехідний режим має місце при пуску, гальмуванні, зміні навантаження, регулюванні швидкості та ін.

Тривалість перехідного режиму залежить від моменту інерції мас, що ру­хаються. На підставі рівняння руху (14.11) може бути вирішене важливе прак­тичне завдання про залежність швидкості від часу в перехідному режимі або про час перехідного режиму ЕП:

Однак для його розв'язання необхідно знати залежності момента двигуна М і момента опору Моп від кутової швидкості вала двигуна а, які визначаються механічною характеристикою двигуна (див. підрозділи 10.5 і 11.8) і механічною характеристикою робочого механізму, характер якої визначається винятково властивостями виробничого механізму (див. підрозділ 14.4).

Для випадку поступального переміщення робочого органа (лінійний еле­ктропривод) основне рівняння руху ЕП має вигляд




де F - сила, створювана електродвигуном; Fст - сила статичного опору; Fдин - динамічна сила; m - маса тіл, що рухаються поступально; а - прискорення.

У виразі (14.14) динамічна сила Рдин залежить від маси m частин, що ру­хаються, і ступеня зміни швидкості їхнього переміщення, що виражається при­скоренням а.

^ 14.4. Механічні характеристики виробничих механізмів і електродвигунів

При розгляданні роботи електродвигуна, що приводить до дії виробничий механізм, необхідно насамперед виявити відповідність механічних характерис­тик двигуна характеристиці виробничого механізму.

Механічною характеристикою виробничого механізму називають за­лежність між швидкістю і приведеним до вала двигуна моментом опору меха­нізму ω = f(Моп).

Механічні характеристики виробничих механізмів ділять на наступні групи.

Механічна характеристика, в якої момент опору Моп не залежить від швидкості (пряма 1 на рис. 14.2). Таку характеристику мають, наприклад, під­йомні крани, лебідки та ін. Сюди ж можуть бути віднесені з певним наближен­ням всі механізми, де основним моментом опору є момент тертя.

Лінійно зростаюча механічна характеристика (пряма 2 на рис. 14.2). В цьому випадку момент опору лінійно залежить від швидкості ω, збільшуючись з її зростанням.

Нелінійно зростаюча (параболічна) механічна характеристика (крива 3 на рис. 14.2). Момент опору Моп тут залежить від квадрата швидкості. Механізми, які мають таку характеристику, називають іноді механізмами з вентиляторним моментом, оскільки у вентиляторів момент опору залежить від квадрата швид­кості. До механізмів, які мають таку механічну характеристику, належать також відцентрові насоси, гребні гвинти, екскаватори та ін.

Як вже відзначалось в розділі 10.5, під механічною характеристикою елект­родвигуна розуміють залежність його кутової швидкості від обертового моменту, тобто ω = f(М). Для електродвигунів є характерним зниження швидкості обертан­ня при зростанні моменту навантаження. Однак ступінь зміни швидкості із зміною моменту у різних двигунів різна і характеризується показником, що називають жорсткістю. Під жорсткістю механічної характеристики електропривода ро­зуміють відношення різниці електромагнітних моментів, що розвиваються елек- тродвигуновим пристроєм, до відповідної різниці кутових швидкостей електро­привода. Тобто жорсткість в визначається співвідношенням




Звичайно на робочих ділянках механічні характеристики двигунів мають від'ємну жорсткість β < 0. Лінійні механічні характеристики мають постійну жорсткість. У випадку нелінійних характеристик їхня жорсткість не постійна і визначається в кожній точці як похідна моменту за кутовою швидкістю


Поняття жорсткості може бути застосоване і до механічних характерис­тик виробничих механізмів. Ці характеристики можна оцінювати жорсткістю


Механічні характеристики електродвигунів можна розділити на чотири категорії:

  1. Абсолютно жорстка механічна характеристика (β = ∞) - це характе­ристика, в якої швидкість із зміною моменту залишається незмінною. Таку ха­рактеристику мають синхронні двигуни (пряма 1 на рис. 14.3).

  2. Жорстка механічна характеристика - це характеристика, в якої швид­кість із зміною моменту зменшується в малому ступені. Жорстку механічну ха­рактеристику мають двигуни постійного струму незалежного збудження, а та­кож асинхронні двигуни в межах робочої частини механічної характеристики (крива 2 на рис.14.3).

  3. ^ М'яка механічна характеристика - це характеристика, в якої із зміною моменту швидкість значно змінюється. Таку характеристику мають двигуни постійного струму послідовного збудження, особливо в зоні малих моментів (крива 3 на рис.14.3). Для цих двигунів жорсткість не залишається постійною.

  4. ^ Абсолютно м'яка механічна характеристика (Р = 0) - це характеристика, в якої момент двигуна із зміною кутової швидкості залишається незмінним. Таку ха­рактеристику мають, наприклад, двигуни постійного струму незалежного збуджен­ня при живленні їх від джерела струму або при роботі в замкнутих системах елект­ропривода в режимі стабілізації струму якоря (пряма 4 на рис. 14.3).

Якщо є механічні характеристики двигуна і виробничого механізму, неваж­ко знайти точки (М, ω), що характеризують сталий режим. Для цього досить скла­сти графічно за моментом дві характеристики. Отриману в результаті криву нази­вають спільною характеристикою електродвигуна і виробничого механізму. Там, де спільна характеристика перетинає вісь частоти обертання ω, буде точка сталого режиму, в якій сума моментів двигуна і механізму дорівнює нулю. Отже відповідно до виразу (14.10) частота обертання в часі змінюватися не буде.

На рис. 14.4 як приклад наведені механічні характеристики двигуна 1, механі­зму подачі токарного верстата 2 і крива спільної характеристики 3. Спільна характе­ристика перетинає вісь ω у точці з частотою обертання ω', де момент дорівнює нулю. Отже при цій частоті обертання виконується умова (14.10) і здійснюється сталий ре­жим. Використовуючи характеристики 1 і 2, неважко визначити момент М'дв, що роз­вивається електродвигуном, і М'вм виробничого механізму в цьому режимі.

Умова (14.10) виконується, якщо абсолютне значення М дорівнює Мвм. Отже, якщо в механічній характеристиці виробничого механізму перед момен­том опустити знак мінус, точка сталого режиму виявиться там, де перетнуться знову отримана характеристика і механічна характеристика двигуна. Графічно перехід від від'ємних моментів статичного опору до додатного полягає в дзер­кальному відбитті кривої 2 відносно осі ω у першому квадранті. На рис. 14.4 ці­єю характеристикою є крива 4 і, отже усталений режим відображається точкою А з координатами М'дв, ω`

Роботі електричного двигуна і виробничого механізму в сталому режимі відпо­відає рівновага моменту опору механізму і обертового моменту двигуна при пе­вній швидкості, тобто Моп = М. Зміна моменту опору на валу двигуна приводить до того, що швидкість двигуна і момент, який він розвиває, можуть автоматич­но змінюватися, і привод буде продовжувати стійко працювати при іншій швидкості з новим значенням моменту. В електричних двигунах роль автома­тичного регулятора може виконувати ЕРС двигуна. Нехай М = М1 і двигун пра­цює із швидкістю ω1. Із збільшенням навантаження двигун гальмується, швид­кість його знижується, завдяки чому зменшується ЕРС. При зменшенні ЕРС зростають струм у якірному колі двигуна і момент, що розвивається двигуном. Зростання моменту двигуна триває доти, поки не наступить рівновага моментів М = М2, що відповідає новій швидкості ω2. Розглянуті умови роботи електро­привода в сталому режимі характеризують статичну стійкість привода, коли зміна в часі швидкості і моменту відбувається відносно повільно на відміну від динамічної стійкості, що має місце при перехідних режимах.

^ Під статичною стійкістю розуміють такий стан сталого режиму ро­боти привода, коли при появі випадкового відхилення швидкості від сталого значення привод повернеться до точки сталого режиму. При нестійкому русі будь-яке, навіть найменше, відхилення швидкості від сталого значення приво­дить до зміни стану привода - він не повертається до точки сталого режиму.




Рис.14.4 - Спільна характеристика електродвигуна і виробничого механізму



Привод є статично стійким, якщо в точці сталого режиму виконується умова

Умова (14.18) означає, що привод статично стійкий, якщо при позитив­ному збільшенні кутової швидкості момент двигуна виявиться меншим за ста­тичний момент (момент опору) і привод внаслідок цього загальмується до ко­лишнього значення швидкості. При негативному збільшенні кутової швидкості момент двигуна виявиться більшим за момент опору, і привод внаслідок цього розженеться до колишнього значення швидкості.

При постійному моменті навантаження (пряма 1 на рис. 14.2) статична стійкість буде визначатися тільки жорсткістю механічної характеристики дви­гуна, тому що Якщо вона від'ємна, то робота в сталому режимі стійка




Звичайно при проектуванні електропривода механічна характеристика виробничого механізму відома. Тому для одержання усталеної роботи в стало­му режимі для певних швидкостей і моментів опору виробничих механізмів не­обхідно підбирати механічну характеристику електродвигуна відповідної фор­ми. Це може бути досягнуте шляхом підбору електродвигуна відповідного типу і зміною електричних параметрів його кіл.

^ 14.5. Вибір електродвигуна

Вибір двигуна при проектуванні ЕП є важливим етапом. Ніякі елементи системи керування або зворотних зв'язків не здатні забезпечити необхідні обер­тові моменти, потрібні швидкості і прискорення механізму, якщо двигун, осно­вний силовий вузол привода не створює для цього умов.

Правильний вибір двигуна визначається як економічними, так і технічни­ми вимогами до його параметрів і показників. Насамперед, при виборі віддають перевагу найбільш простим, дешевим і надійним двигунам - асинхронним і синхронним. Якщо ці машини не можуть задовольнити технічним вимогам, ви­бирають двигуни постійного струму.

До вимог, що ставляться до параметрів двигуна, належать: номінальна напру­га, що відповідає напрузі мережі; потужність, що забезпечує подолання моментів опору при необхідних швидкостях і прискореннях; перевантажувальна здатність, що забезпечує роботу привода при короткочасних навантаженнях; діапазон зміни швидкості при регулюванні, що відповідає вимогам технологічного процесу та ін.

Найбільш істотним параметром, за яким вибирають двигун, є потужність. Машина вважається обраною правильно за потужністю, якщо вона виконує не­обхідні функції і не перегрівається. Розглянемо фізичний зміст вибору двигуна за потужністю.

Істотною частиною конструкції будь-якої електричної машини є ізоляцій­ні матеріали, які мають фізико-хімічні властивості, що дозволяють ізолювати окремі провідники обмоток один від одного. Якщо ізоляційні матеріали втра­чають свої властивості, відбувається закорочення окремих ділянок обмоток, і машина виходить з ладу. Ізоляційні матеріали втрачають свої діелектричні вла­стивості, якщо їхня температура виявляється вище за гранично припустимою температуру. Здатність матеріалів зберігати свої властивості при гранично припустимій температурі називається нагрівостійкістю.

Якщо в процесі роботи двигуна з ізоляцією відповідного класу нагрівос- тійкості температура його нагрівання виявиться меншою (або рівною) гранично припустимій температурі цього класу, двигун буде працювати в нормальних умовах. Якщо ж температура двигуна виявиться вище гранично припустимої, ізоляція починає втрачати свої діелектричні властивості і виходити з ладу.

Після підключення електричної машини до джерела живлення по її обмотках проходить струм, перемагнічується сталь і відбуваються інші фізичні процеси, в ре­зультаті яких частина електричної і механічної енергії, що називається втратами ∆Р, перетворюється на теплову. Деяка кількість теплової енергії віддається до на­вколишнього середовища, а інша витрачається на нагрівання двигуна.

У перший момент часу після підключення до джерела живлення двигун інтенсивно нагрівається, потім цей процес уповільнюється. Нарешті наступає період, коли зміна температури двигуна τ практично не відбувається (рис .14.5).

Слід зазначити, що коли мова йде про нагрівання або охолодження елект­ричних машин, то звичайно замість дійсної температури користуються віднос­ною величиною, перевищенням температури τ, що представляє різницю те­мператур машини і навколишнього середовища.

З деяким допущенням характерис­тика нагрівання електричної ма­шини має вигляд експоненти (рис. 14.5). Як видно з рисунка, переви­щення температури τ прагне до максимального значення τ= τст.

Електрична машина не перегрівається протягом трива­лого часу, якщо її стале значен­ня перевищення температури τст менше (або дорівнює) припус­тимого τc.t≤τприп


Дотепер розглядався випадок, коли момент навантаження, а отже, і поту­жність, що розвивається двигуном, не змінюються в часі. Якщо ці величини збільшити, зросте стале перевищення температури двигуна, оскільки збіль­шаться струми, що проходять по обмотках, отже зростуть втрати.

У випадках, коли момент навантаження перевищує припустимі для дви­гуна значення, збільшується потужність, споживана двигуном, і, в результаті збільшення втрат у двигуні, τст може перевищити τприп і двигун почне перегріва­тися. Межею збільшення навантаження є номінальна потужність двигуна, тобто якщо в процесі роботи двигун розвиває потужність, яка не перевищує номіна­льної, то завод-виготовлювач гарантує його нормальну роботу без перегріву.

При навантаженні двигуна можна орієнтуватися також на номінальний струм і номінальний момент двигуна. Струм і момент двигуна не повинні пе­ревищувати його номінальних значень. Це справедливо, якщо температура на­вколишнього середовища відповідає 40°С. Саме на таку температуру навколи­шнього середовища орієнтуються при теплових розрахунках двигуна в процесі його конструювання.

При постійному навантаженні для вибору електродвигуна досить визна­чити потужність на валу виробничого механізму і вибрати за каталогом двигун тієї ж номінальної потужності або найближчої більшої.

При змінному навантаженні вибір двигуна ускладнюється. В цьому випа­дку використовують навантажувальну діаграму, яка визначає графічну зале­жність потужності опору робочого механізму від часу, а також навантажува­льні діаграми потужності, втрати потужності і струму двигуна. Вибір двигуна полягає в наступному. Відому з навантажувальної діаграми змінну потужність Р(t) механізму (рис. 14.6) замінюють постійною середньою потужністю, обчи­сленою за цикл tц за формулою


Потім ^ Рсер множать на коефіцієнт запасу k3= 1,14÷1,3; Р'сер = Рсер Далі за Р'сер вибирають двигун, будують для нього одну з навантажувальних діаграм і виконують перевірочний розрахунок.

Для більш точного вибору двигуна використовують метод середніх втрат. Для цього методу беруть діаграму потужності двигуна, що відрізняєть­ся від навантажувальної діаграми потужності виробничого механізму появою динамічного моменту при зміні швидкості привода. Дійсно, у перехідних ре­жимах потужність двигуна затрачується не тільки на подолання статичного мо­менту опору, але і на подолання динамічного моменту.

Звичайно цією відмінністю знехтують, а для методу середніх втрат вико­ристовують діаграму виробничого механізму. Спочатку для кожної ділянки на­вантажувальної діаграми з постійною потужністю за допомогою характеристи­ки ККД η(Р) визначають втрати двигуна ∆Р, а потім середні втрати для всієї на­вантажувальної діаграми за виразом




де ∆Р1 ÷∆Р6 - втрати на ділянках 1 ÷ 6 діаграми; t1 ÷ t6 - час ділянок 1 ÷ 6 діаг­рами (рис.14.6).

Далі визначають номінальні втрати ∆Рном за номінальною потужністю двигуна і ηнom у номінальному режимі і порівнюють значення ∆Рном і ∆Рсер. Як­що ∆Рном∆Рсер, вважають, що τст ≤ τприп, і двигун обраний правильно. Якщо ∆Рном < ∆Рсер, необхідно вибрати з каталогу наступний двигун найближчої бі­льшої потужності і повторити розрахунок.

Також використовують менш точні, але більш прості методи еквівален­тних величин: струму, моменту і потужності.





В кожному з цих методів з побудованої для попередньо обраного двигуна діаграми визначають значення еквівалентної величини (струму, моменту або потужності) за наступними виразами:




Отримані значення еквівалентних величин порівнюють з відповідними номінальними значеннями. Якщо вони виявляється не менше еквівалентних, двигун за потужністю обраний правильно.

Необхідно пам'ятати, що правильно обраний двигун за потужністю може бути непридатним для використання у приводі, якщо його перевантажувальна здатність незадовільна.

Перевірку двигуна за припустимим перевантаженням у методі еквівален­тного струму виконують за виразом





де ^ Imах - максимальне значення струму при змінному навантаженні; λi - припус­тимий коефіцієнт перевантаження двигуна за струмом (для двигунів постійного струму загального призначення λi = 2 ÷ 2,5; для спеціальних двигунів він може бути більшим).

Якщо умова (14.25) не виконується, необхідно вибрати за каталогом на­ступний двигун більшої потужності і перевірити його тільки за перевантажува­льною здатністю.

При виборі асинхронного двигуна необхідно перевірити, щоб його максима­льний момент був більшим за найбільший момент навантажувальної діаграми.

Для двигунів постійного струму незалежного або паралельного збуджен­ня, а також асинхронних і синхронних може бути застосований кожний з роз­глянутих методів.

Для двигунів постійного струму послідовного і змішаного збудження придатний тільки метод середніх втрат і метод еквівалентного струму.

Ми розглянули вибір двигуна при тривалому режимі роботи, коли те­мпература двигуна встигає досягти сталого значення. Але двигун може також працювати у короткочасному режимі, коли за робочий період він не встигає нагрітися до сталого значення, а за час відключення встигає охолонути до те­мператури навколишнього середовища.

У короткочасному режимі двигун необхідно навантажувати потужністю ви­ще за номінальну, щоб він був повністю використаний за нагрівом. Максимальне дозування навантаження здійснюють з умови τmах < τприп. Двигуни загального при­значення використовувати в короткочасному режимі недоцільно, тому що вони мають невисоку перевантажувальну здатність і вимагають завищеної потужності. Для короткочасних режимів промисловість випускає спеціальні двигуни з підвище­ною перевантажувальною здатністю і вказівкою номінальної нормованої трива­лості роботи (10, 30, 60 і 90 хв). Вибір двигуна здійснюють так само, як і в тривало­му режимі, використовуючи номінальні дані, що відповідають дійсному часу роботи. Якщо час роботи відрізняється від нормованого, реальні параметри двигуна (по­тужність, струм, момент) приводять до найближчого обраного нормованого часу.

Існує ще один режим роботи двигуна - повторно-короткочасний, при

якому робочі періоди (tр) чергуються з паузами (tп); причому в робочий період двигун не встигає нагрітися до сталої температури, а в період паузи - охоло­нути до температури навколишнього середовища.

Повторно-короткочасний режим характеризується відносною триваліс­тю включення, що визначається як

Для повторно-короткочасного режиму так само, як і для короткочасного, випускають спеціальні двигуни з підвищеними пусковими моментами. Нормована відносна тривалість включення таких двигунів 15, 25, 40, 60%. При цьому врахо­вується, що час циклу не перевищує 10 хв, у противному випадку режим вважа­ють тривалим. У каталогах для двигунів повторно-короткочасного режиму вказу­ють їхні номінальні дані для кожного нормованого (стандартного) значення ПВст. Вибір двигуна виконують так само, як і для тривалого режиму, використовуючи номінальні дані для відповідного значення ПВст. Якщо дійсна тривалість вклю­чення (ПВ) відрізняється від стандартної (ПВст), двигун вибирають за номінальни­ми даними, відповідними найближчому ПВст. При цьому реальні параметри дви­гуна (потужність, струм, момент) приводять до обраного значення ПВст.

Контрольні запитання з теми 14

  1. Дайте визначення електричного привода. Назвіть його основні елементи.

  2. Як класифікують системи електроприводів?

  3. Як визначають передатне відношення передатного механізму?

  4. Що таке статичний момент? Від чого він залежить?

  5. Охарактеризуйте поняття «приведений момент інерції» і «динамічний момент».

  6. Для чого виконують приведення моментів до однієї осі двигуна?

  7. Як записується рівняння руху ЕП?

  8. Від чого залежать режими роботи ЕП?

  9. Від чого залежить час перехідного режиму ЕП?

  10. Охарактеризуйте поняття жорсткості механічної характеристики. Як класифікують механічні характеристики за жорсткістю?

  11. Дайте визначення статичної стійкості електропривода.

  12. Від чого залежить нагрівання електричного двигуна?

  13. Перелічте можливі режими роботи електродвигунів і за яких умов ви­бирають їхню потужність?

  14. Як вибирають потужність двигуна для режиму тривалого постійного навантаження?

  15. Як вибирають двигун за методом середніх втрат?

  16. У чому сутність методу еквівалентного струму і область його застосу­вання?

  17. У чому сутність і область застосування методу еквівалентного моменту?

  18. Як вибирають двигун за методом еквівалентної потужності?

  19. У якому випадку режим роботи двигуна вважають тривалим?

  20. Який режим називають повторно-короткочасним, як при цьому визна­чають відносну тривалість включення?

  21. Як вибирають потужність двигуна для повторно-короткочасного режиму?

  22. Який режим називають короткочасним?




Задачі до теми 14 і приклади їхнього розв'язання

Задача 14.1. Електродвигун навантажений постійним моментом опору Моп, який не залежить від швидкості. Сумарний приведений момент інерції J. Визначити час розгону двигуна до номінальної швидкості пн із стану спокою, якщо середній обертовий момент двигуна під час розгону М. Вихідні дані наве­дені в таблиці 14.1.


Розв'язання задачі для варіанта К.

Для визначення часу розгону скористаємося рівнянням руху електропри­вода (14.13), з якого випливає





Номінальне значення кутової швидкості визначимо в такий спосіб:



Підставляючи значення ωн в (14.27), одержимо час розгону

'


Задача 14.2. Визначити приведені до вала двигуна М момент статичного опору і момент інерції механізму піднімальної лебідки з вантажем (рис. 14.7). Відомі: вага вантажу G, швидкість підйому вантажу V, швидкість обертання двигуна n, момент інерції двигуна Jд, момент інерції муфти і механізму лебідки Jмех, ККД лебідки ηлеб. Вихідні дані наведені в табл.14.2.


Розв'язання задачі для варіанта К.

Приведений момент інерції елементів, що переміщаються поступально, визначається з рівності








Визначимо кутову швидкість двигуна й масу вантажу








Тоді момент інерції вантажу, що переміщається поступально




Сумарний приведений момент інерції

Приведений статичний момент опору на валу двигуна відповідно до (14.9) дорівнює

Визначимо ρ за формулою

.

Задача 14.3. Механізм працює в тривалому режимі за графіком наванта­ження. Вибрати для даного привода асинхронний короткозамкнений двигун се­рії АТ. Швидкість обертання п, тривалість ступенів навантаження t, та відпові­дні величини моменту навантаження М, наведені в табл. 14.3.

Розв'язання задачі для варіанта К.

На рис. 14.8 показаний графік моменту навантаження. Визначимо еквіва­лентний момент навантаження





Еквівалентна потужність двигуна визначається за формулою




Змінами швидкості двигуна при змінах навантаження зневажаємо.

За каталогом приймаємо двигун АТ63-6, Рн = 10 кВт; n = 980 об/хв,

η= 87%, Мк/Мн = 2,2, Мп/Мн = 1,4.

Зробимо перевірку за перевантажувальною здатністю і пусковим моментом:











За перевантажувальними і пусковими властивостями двигун підходить.

Задача 14.4. Користуючись каталогом, вибрати асинхронний короткоза- мкнений двигун для піднімального механізму, що працює в повторно- короткочасному режимі за графіком навантаження. Швидкість обертання n, тривалість ступенів навантаження t, та відповідні величини потужності наван­таження Р наведені в табл. 14.4.


Розв'язання задачі для варіанта К.

Графік навантаження показаний на рис. 14.9. Визначимо еквівалентну по­тужність за робочий період



Фактична тривалість включення




Перерахуємо еквівалентну потужність на стандартне значення ПВ2=25%




За величиною Рекв'=3,46 кВт з каталогу вибираємо асинхронний коротко-замкнений двигун кранової серії типу МТК12-6, для якого при ПВ = 25% Рн = =3,5 кВт, п = 883 об/хв:




Обраний двигун підходить також за перевантажувальними і пусковими властивостями

Схожі:

Електропривод тема 14 загальні відомості про електропривод iconМетодичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни «Комплектний тиристорний електропривод» для студентів спеціальності 7(8). 05070204 електромеханічні системи автоматизації та електропривод
...
Електропривод тема 14 загальні відомості про електропривод iconВ. М. Фатєєв конспект лекцій з дисципліни "Автоматизований електропривод загальнопромислових механізмів"
«Електромеханіка» спеціальностей "Електромеханічні системи І комплекси транспортних засобів" та «Електромеханічні системи автоматизації...
Електропривод тема 14 загальні відомості про електропривод iconМетодичні вказівки до самостійної роботи з дисципліни "Автоматизований електропривод загальнопромислових механізмів"
«Електромеханіка» спеціальностей – "Електромеханічні системи І комплекси транспортних засобів" та «Електромеханічні системи автоматизації...
Електропривод тема 14 загальні відомості про електропривод iconВ. М. Фатєєв методичні вказівки до практичних занять з дисципліни "Автоматизований електропривод загальнопромислових механізмів"
«Електромеханіка» спеціальностей "Електромеханічні системи І комплекси транспортних засобів" та «Електромеханічні системи автоматизації...
Електропривод тема 14 загальні відомості про електропривод iconМетодичні вказівки до виконання розрахунково-графічної роботи з дисципліни "Автоматизований електропривод загальнопромислових механізмів"
«Електромеханіка» спеціальностей – "Електромеханічні системи І комплекси транспортних засобів" та «Електромеханічні системи автоматизації...
Електропривод тема 14 загальні відомості про електропривод iconМіністерство освіти І науки україни
«Електромеханічні системи автоматизації та електропривод» та 3 курсу заочної форми навчання зі спеціальностей 092201 «Електричні...
Електропривод тема 14 загальні відомості про електропривод iconЗагальні положення підготовка магістрів за фахом " Електромеханічні системи автоматизації та електропривод" здійснюється на основі базової вищої освіти за напрямом "Електромеханіка"
Підготовка магістрів за фахом " Електромеханічні системи автоматизації та електропривод" здійснюється на основі базової вищої освіти...
Електропривод тема 14 загальні відомості про електропривод iconЗакон України від 20. 12 1990 "Про міліцію"//Відомості Верховної Ради 1991- № Ст. 20; Закон України від 11. 1991 "Про прокуратуру"//Відомості Верховної Ради України. 1991. №53
Тема № досудове розслідування: поняття, зміст, форми та загальні положення (2 год.)
Електропривод тема 14 загальні відомості про електропривод iconМетодичні вказівки до розрахункової графічної роботи з дисципліни «Електропостачання та електропривод» Для студентів спеціальностей
Методичні вказівки до ргр з дисципліни «Електропостачання та електропривод». Для студентів спеціальностей «Шахтне І підземне будівництво»,...
Електропривод тема 14 загальні відомості про електропривод iconМетодичні вказівки до самостійної роботи студентів з дисципліни „Електропостачання та електропривод Для студентів спеціальності 090300 «Збагачення корисних копалин» всіх форм навчання
Методичні вказівки до самостійної роботи студентів з дисципліни „Електропостачання та електропривод”
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи