Общие понятия об электроприводах

Электроприводом (ЭП) называется совокупность устройств, служащих для преобразования электрической энергии в механическую и наоборот, управления процессом преобразования, контроля и защиты оборудования.

Кроме электродвигателя в состав ЭП могут входить коммутационные устройства, электропреобразователи передаточного механизма, система управления.

На основе внешнего сигнала управления управление работой КУ и ЭлПР

Проектирование и анализ режимов работы привода всегда основывается на анализе технического механизма.

Классификация ЭП:

1) по роду тока:

- ЭП переменного тока;

- ЭП постоянного тока;

2) по роду передаточного устройства:

- редукторный;

- безредукторный;

3) по типу распределения механической энергии:

- индивидуальный;

- взаимосвязанный (2 или более приводят в действие 1 механизм);

4) по уровню автоматизации:

- неавтоматизированный (управляется оператором);

- автоматизирований (задание осуществляет оператор, ЭП поддерживает необходимые величины на заданном уровне);

5) по степени управления:

- нерегулируемый ЭП (работает с одной скоростью);

- регулируемый (за счет включения в состав ЭП преобразующего устройства возможно плавное регулирование скорости в определенном диапазоне)

Тенденция развития ЭП

1. Расширение сферы применения ЭП переменного тока (надежность, экономичность, меньшая стоимость и масса).
2. Расширение сферы применения регулируемых ЭП (турбомеханизмы, регулирование скорости может принести прямой экономический эффект в виде экономии электроэнергии)
3. Применение современных типов электроприводов, работа которых невозможна без силового полупроводникового преобразующего устройства (вентильно-индуктивные ЭП)
4. Усложнение систем управления с использованием элементов искусственного интеллекта.

Тема 2. Механика ЭП

Основные величины, используемые при анализе ЭП

n - [об мин] – частота вращения;

w [рад/с] или [с^-1] - угловая частота вращения;

М[Н*м] - момент;

[кг м²] – момент инерции (GD²).

Механика ЭП

₁= m a Q = 0 F₁= -F₂

S→φ [рад] V→w Q→ε

М₁=-М₂

Механическая часть ЭП описывается уравнением движения:

Поскольку обычно рассматривается работа индивидуального ЭП, I= const, то уравнение движения имеет вид:

– момент, развивающий двигатель;

– системный момент нагрузки

Для двигательного режима знак «-»

Если двигатель работает с установленной скоростью, w=const, М_д=М_с (статический режим работы).

Если Мд>Мс >0 – ЭП разгоняется.

Если Мд<Мс <0 – ЭП затормаживается.

Переходные процессы в механической системе ЭП

Из уравнения движения при упрощении анализа переходного процесса можно рассчитать время, за которое скорость изменяется из одного в другое состояние.

М_д - М_{с → Δ}t=

_Δt₁= _Δt₃=

Рис.ХХ Тахограмма

Механические характеристики рабочих машин

Механической характеристикой рабочей машины называется зависимость момента сопротивления от угловой частоты вращения M_c=f(w)

Выражение в общем виде для описания большинства моментов сопротивления, создаваемых рабочими машинами, описывается уравнением:

Где: M_y – номинальный момент

М_о – момент ХХ

α – показатель степени, определяющий характер момента сопротивления;

1. α=0

М_с=М_н

1.1.Активная характеристика момента сопротивления создаётся весом груза в подъемном устройстве, при этом знак момента не зависит от знака скорости.

1.2.Реактивная характеристика момента сопротивления создается силой трения; знак момента зависит от знака скорости.

При активном характере момента вес груза направлен вниз и момент сопротивления всегда направлен в одну сторону. При подъеме груза М_с противодействует, а при спуске способствует.

При реактивном М_с всегда противодействует М_д

2. α=1 Генераторы систем Г-Д

3. α= -1 Характеристика с постоянной мощностью

Электрифицированный транспорт,

4. α>1 Турбомеханизмы

Вентиляторы α=2;

Насосы α=2,5-3;

Компрессоры α=4

5. Циклический характер момента сопротивления

Приведение моментов сопротивления к валу двигателя

w_∂>w_рм

Операция приведения осуществляется на базе баланса мощностей

- двигательный режим

- генераторный режим

Д.З. №1. Привести момент сопротивления к валу двигателя для кинематической схемы с параметрами:

m= 10 кг R_б=0,15 м V= 0,5 м/с i =φ η_n=0.38

Рис. --

М_д=М_сэ - ?

W_д - ?

Приведение момента инерции и масс к валу двигателя

Приведение момента инерции и масс осуществляется на базе баланса кинетической энергии в системе.

Пример: для рис. --

Уравнение приведения моментов инерции в общем виде:

1. P_д = М_д w_д

2. w_д

Эквивалентный момент инерции, который воспринимает двигатель как момент инерции всей системы, получается из приведенной системы:

Д.З.2.

Дано:

m=10 кг

R_б=0,15 м

V = 0,5 м/с

i = 4

ŋ_n = 0.98

Механические характеристики двигателей.

Статическая устойчивость совместной работы ЭП и рабочего механизма

Под статической характеристикой понимают зависимость скорости от момента двигателя w=f(M_∂) M_∂=M_c

Для большинства электродвигателей (кроме синхронного) скорость вращения уменьшается при увеличении нагрузки на валу

w0- скорость идеального ХХ

1) статическая ошибка по скорости

2) статизм

3) жесткость механических характеристик

Характеристики двигателя делятся на:

1) абсолютно жесткие характеристики ׀β׀=∞ (синхронный двигатель);

2) жесткие характеристики ׀β׀≥10 (асинхронные двигатели и двигатели постоянного тока независимого возбуждения);

3) мягкие характеристики ׀β׀<10 (двигатели постоянного тока последовательного возбуждения).

4) Абсолютно мягкие мех. Характеристики

Установленный режим работы двигателя с рабочей машиной возможен только в точке пересечения их механических характеристик.

Критерии устойчивой совместной работы: если β_д- β_рм<0, то режим совместной работы устойчив.

Для этих характеристик т.1 является устойчивой точкой совместной работы, а т.2 – неустойчивой.

Д.З. №3. Определить устойчивость совместной работы.

Режимы работы ЭП

Любой ЭП работает либо в двигательном, либо в генераторном режиме. В общем случае механическую характеристику можно разделить на 4 квадрата:

1 и 3 – двигательный режим;

2 и 4 – генераторный режим.

Двигательный режим:

Р_с – мощность, потребляемая из сети;

Р_в – мощность, отдаваемая на вал;

ΔР – потери в двигателе.

1.1 Пусковой режим или режим КЗ

w=0 M=Mn=Mкз

1.2 Режим холостого хода.

w=w_xxM=Mxx Mxx≈(0,01÷0,05)Mн Мс=0

1.3 Режим идеального ХХ

w=w₀ Mc=-Mxx

2. Генераторное торможение с отдачей энергии в сеть (рекуперативное торможение).

w>w₀

M_∂<0

ДР→Мд-Мс=0

РТ→-Мд+Мс

3. Торможение-противовключением.

w>w₀ w<0

M>Mn

4. Динамическое торможение.

Совместная работа устойчива.

Характеристика двигателей постоянного тока независимого возбуждения

Схема замещения якорной цепи ДПТ

ДП – дополнительный полюс

Е- противо ЭДС вращения двигателя

Магнитный поток Ф [Вб]

n – [об/мин]

Уравнение для анализа характеристик ДПТ НВ в статических режимах используем второе уравнение Кирхгофа для схемы замещения:

для статического режима I_я = const

Uя=

уравнение электромеханических характеристик ДПТ НВ

w=f(Iя)

M=Iя∙кФ Iя=

уравнение механических характеристик ДПТ НВ

r wsp:rsidR="00000000" wsp:rsidRPr="002135B4"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="850" w:right="850" w:bottom="850" w:left="1417" w:header="708" w:footer="708" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></wx:sect></w:body></w:wordDocument>">

Допустимые токи для ДПТ общепромышленного назначения:

Допустимые значения токов якоря определяются условиями коммутации в коллекторно-щеточном узле. По этой причине пуск ДПТ НВ при подаче номинального напряжения на якорь является недопустимым режимом.

Естественной называется такая характеристика, которая получается при отсутствии добавочного сопротивления в цепи якоря и работе с номинальным напряжением и магнитным потоком. При изменении этих условий характеристика становится искусственной.

Паспортные или номинальные данные

Uян=[В], Рн[Вт], η[%], Іян[А], Рн=Uян∙Iян∙η, n[об/мин], Uнов[В]

S(S1÷S8)

Расчет недостающих параметров

1)

2) ДПН НВ α=0,25-0,5

3)

4)

5)

6)

Поскольку характеристики ДПТ НВ представляют собой прямую, то достаточно 2 точки для её построения.

1) w=w₀ М=0

2) w=w_н М=М_Н

Д.З. Для электродвигателя с параметрами Р=1,1 кВт, U_як =220 В; ŋ_н=0,8, n_н=2000 об/мин рассчитать недостающие параметры α=0,5

- построить естественные электромеханические и механические характеристики;

- на естественной характеристике найти скорость

- построить искусственную характеристику при введении в цепь якоря добавочного сопротивления

- на искусственной характеристике найти

1)

2)

3)

4)

5)