Электроприводом называется электромеханическое устройство, состоящее из электродвигателя, передаточного механизма, соединяющего электродвигатель с исполнительным механизмом, и элементов управления и автоматизации. Производственные машины и механизмы, как правило, приводятся в движение электроприводом (рис. 15.1), Электрическая часть электропривода 4 состоит из электродвигателя 2 и аппаратуры управления двигателем 1, с помощью которой управляют движением производственной машины или механизма 5. Механическая часть электропривода 3, связывающая электродвигатель с производственной машиной или механизмом, может состоять из различных элементов: муфт сцепления, редукторных, цепных и клиноременных передач, преобразователей движения и др. Совокупность электропривода и производственной машины или механизма составляет электрифицированный агрегат. Управление агрегатом является ручным, если оно выполняется простейшими электрическими устройствами путем непосредственного воздействия на них человеком. Автоматическое управление агрегатом производятся без непосредственного участия человека. При автоматическом управлении обеспечивается высокая производительность производственных машин и улучшается качество выпускаемой продукции. Электроприводы с автоматическим управлением получили название автоматизированных. Электроприводы в зависимости от числа обслуживаемых производственных машин и ступеней механических передач подразделяются на три типа: групповые, одиночные и многодвигательные. При групповом приводе механическая энергия по отдельным производственным машинам передается и распределяется от одного электродвигателя через трансмиссии, т. е. один двигатель приводит в движение группу производственных машин. Этот вид электропривода имеет ряд технико-экономических недостатков, поэтому его в настоящее время не применяют. При одиночном приводе каждая производственная машина или исполнительный механизм приводится в движение отдельным электродвигателем, что позволяет упростить промежуточные передачи и снизить в них потери, а также обеспечить возможность регулирования частоты вращения машин и их торможения электрическими способами. Если производственная машина, например станок-автомат, производящий ряд различных операций, приводится в движение от нескольких электродвигателей, т. е. когда не связанные между собой механические звенья машины приводятся в движение отдельными двигателями соответствующей мощности, то привод называютмногодвигательным. Такой вид электропривода позволяет упростить кинематику производственной машины, уменьшить количество ее узлов, снизить расход электроэнергии и износ отдельных деталей. От особенностей нагревания и охлаждения двигателя зависит время, в течение которого он может отдавать номинальную мощность. Иными словами, продолжительность работы двигателя зависит от режима, для которого он предназначен. Исходя из этого, различают следующие основные режимы работы электропривода: продолжительный, кратковременный и повторно-кратковременный. При продолжительном режиме температура всех частей электрической машины и электропривода через некоторое время достигает установившегося значения Туст (рис. 15.2, а) и длительность работы электропривода обусловливается этой температурой. Работа электропривода продолжается до тех пор, пока температура всех его частей не превысит Туст. В качестве примера к механизмам с продолжительным режимом работы можно отнести водяные насосы, вентиляторы, компрессоры и т. д. При кратковременном режиме электропривод находится в рабочем состоянии относительно небольшой период и за это время его температура не успевает достигнуть установившегося значения, а за время паузы его температура успевает снизиться до температуры окружающей среды Тос (рис. 15.2,б). Длительность периода нагрузки tp неизменной номинальной нагрузки для таких двигателей принята 10; 30; 60; 90 мин. В кратковременном режиме работают электроприводы шасси самолетов, разводных мостов и др. При повторно-кратковременном режиме (рис. 15.2, в) периоды неизменной нагрузки tp чередуются с периодами отключения электри- ческого двигателя t0 (паузами), причем ни в один из периодов tpтемпература электропривода не достигает установившегося значения, а в период t0 электропривод не успевает охладиться до Tос. Продолжительность одного периода нагрузки и паузы называют циклом: (tц = tp + t0). Повторно-кратковременный режим работы электропривода характеризуется относительной (в процентах) продолжительностью включения: (15.1) Продолжительность включения принята равной 15; 25; 40; 60%, а продолжительность одного цикла не должна превышать 10 мин. В повторно-кратковременном режиме работают электроприводы кранов, экскаваторов, прокатных станов, лифтов и т. д. Показателем использования электродвигателя может служить максимальная температура, до которой он нагревается в процессе работы, так как перегрев обмоток и деталей выводит двигатель из строя. Для обеспечения безаварийной работы необходимо знать, в каком из режимов работает двигатель. Поэтому в зависимости от вида режима работы электропривода определяют номинальную мощность электродвигателя. studfiles.net 8.1 Электропривод машин и установок для первичной обработки продукции. Расчёт и выбор мощности двигателей электроприводов. Расчёт и выбор мощности двигателя. Электропривода проводят в два этапа. На первом этапе расчётом на основании имеющихся данных предварительно определяют ориентировочную мощность на валу электродвигателя привода технологической установки. На втором этапе окончательно устанавливают необходимую номинальную мощность электродвигателя с учётом данных экспериментальных испытаний машины или установки и особенностей её эксплуатации и электропитания. На первом этапе наиболее просто известных номинальной производительности технологической установки T/ч и удельном расходе электроэнергии , кВт.ч/т, рассчитывают ориентировачно среднеймощностью: Средняя мощность нагрузки на валу двигателя электропривода, кВт Где - среднее значение КПД электродвигателя при работе (0,7-0,8) с учётом возможной неравномерности нагрузки электропривода мощность на валу его двигателя по условию допустимого нагрева в длительном режиме работыS1 завышают: Где - коэффициент формы нагрузочной диаграммы электропривода, применяемый для слабопеременной нагрузки 1,01-1,05 и для редкопеременной нагрузки 1,06-1,15. Более точно на первом этапе мощность на валу двигателя электропривода по условию допустимого нагрева в режиме нагрузки S1 по аналитическим и империческим формулам, которые для наиболее массовых машин приводятся в литературе. 8.2. Электропривод машин и устройств для послеуборочной обработки сельхозпродукции. Зерноочистительные машины. Эти машины для первичной очистки зерна от примесей включают в себя основной рабочий орган-качающийся решётный стан, состоящий из решёт, через которые просеивается зерновая масса. Дополнительными рабочими органами могут быть щётки решетного стана, шнеки нагрузки и выгрузки, центробежный вентилятор продува зерновой массы. Как правило, центробежный вентилятор и шнеки имеют отдельные электроприводы. Мощность нагрузки, кВт, на валу электродвигателя привода решётного стана рассчитывают по эмпирической формуле. Где = 1,2-1,5- коэффициент запаса, m – 100-300- масса решётного стана - необходимое оптимальное ускорение решёт м/ = 15-30; n=500 – рациональная частота колебаний решёт, , - КПД передаточного механизма = 0,6-0,7 Если щётки и шнеки решётного стана имеют групповой привод от того же электродвигателя, то рассчитанную мощность для привода решётного стана увеличивают в 1,25-1,75 раза. Цилиндрический триер. Предназначен для разделения подаваемого в его вращающийся цилиндр зернового материала на две фракции – короткие и длинные семена. Мощность нагрузки кВт на валу электродвигателя его привода: , Где - 0,2-0,6удельная мощность, кВт/(т/ч) - номинальная производительность триера или блока триеров, т/ч, - КПД механической передачи Картофелесортировка. Она предназначена для разделения клубней картофеля по размеру. Мощность нагрузки, кВт, на валу электродвигателя её привода: , Где a – удельный затраты электродвигателя кВтч/т (П=2,5 т/ч для грохотной a = 0,4, транспортной 0,5, роликовой 0,63, барабанной 0,46; П = 15 т/ч грохотной а = 0,13; транспортной – 0,11, роликовой 0,15, барабанной 0,11) –номинальная производительность, т/ч; - 0,75-0,85 КПД механической передачи. Как правило, машины и установки послеуборочной обработки сельхозпродукции организовывают в поточные линии. Установки для обработки животноводческой продукции. Лопастная мешалка танков-охладителей молока. Она предназначена для перемешивания молока в процессе его обработки. Мощность нагрузки, кВт, на валу двигателя ЭП плоской лопастной мешалки определяют: , Где С – коэффициент, ограничивающий поправку, обусловленную тем, что вязкая жидкость увлекается не только поверхностью мешалки, но в некоторой мере захватывается связанными с поверхностью частицами - плотность молока (1030 кг/ - высота погрузочной части лопастей, –чиcло лопастей мешалки; w – угловая скорость Где n – частота вращения барабана, –номинальная производительность машины, т/ч - КПД передачи. Дробилка, измельчитель кормов. Мощность нагрузки, кВт на валу двигателя ЭП: , Где = 1,15-1,2 – коэффициент, учитывающий потери , включая расход воздуха на вентиляцию. А – энергия, расходуемая на измельчения определённой массы продукта кДж/к.т. для дробилки или кВт.т/ч для измельчителя –номинальная производительность, кг/c для дробилки или т/ч для измельчителя. - КПД механической передачи Для корнеплодов. А = 13 кДж/кг для зерна (средний тонкий помол) – 40-70 кДж/кг измельчённого зерна в муку А = 100 – 150 кДж/кг Измельчители при измельчённой зелёной массе сена, соломы А = 1,7 -8 кВт. ч/т Электропривод мобильных машин и электроустановок. Виды электроприводных машин и установок. Характерная их особенность (мобильных машин) используемый способ электропитания: Троллейный Кабельный Аккумуляторный Конденсаторный Дизель-генераторный Комбинированный Троллейный способ. В этом случае энергия к электродвигателю поступает от неизолированных проводов через подвижные контакты (щётки, ролики, дуги). Недостаток их – низкая надёжность подвижных контактов и повышенная опасность поражения электротоком. Кабельный способ – питание гибкой кабель-штору, кабель в лотке или кабель-барабан. Недостаток – ускоренный износ кабеля. Аккумуляторный способ – универсальное решение проблемы энергоснабжения электрифицированных передвижных установок. Недостатки – низкий срок службы химических аккумуляторных батарей, высокая их стоимость, длительность заряда, повышенная опасность загрязнения окружающей среды. Конденсаторный способ. Разработаны новые типы конденсаторов с двойным электрическим слоем (КДЭС), которые имеют уникальные характеристики: Быстрый заряд – 8-15 минут тяговой конденсаторной батареи. Высокая удельная ёмкость 100 ф/кг и удельную мощность (0,22 кВт/кг). Низкий саморазряд (до 40% в месяц) и большой срок службы (более 5 лет) Их основной недостаток – высокая стоимость. Дизель-генераторный способ. Способ хорош для энергоёмких мобильных агрегатов. Двигатель внутреннего сгорания сопрягается с электрогенератором и от него с помощью электротрансмиссии энергия передаётся к проводам (электродвигателя) приводов ходовых колёс (мотор-колёса). Дизель-электрический трактор (ДЕТ-250-мощность 250 л.с.) Комбинированный – сочетание аккумуляторного и троллейного способов. Мощность на валу электродвигательных механизмов передвижного мобильного агрегата рассчитывают как и у крановых механизмов передвижения: Где - коэффициент трения двигателя - вес механизма передвижения груза, Н - скорость перемещения, м/с - общий КПД передачи механизма передвижения. Для электропогрузчиков. Где ,- вес грузозахватывающего устройства и поднимаемого груза, Н –скорость подъёма груза, м/с - общий КПД передачи механизма подъёма. Электропривод станочного оборудования. Мощность нагрузки , Вт на валу электродвигателя главного привода станка для обработки материалов резанием: , Где - усилие резания, Н - технологическая скорость резания, м/мин - КПД – 0,7 – 0,85 для станков с вращательным движением рабочих органов и 0,4 – 0,5 – с поступательным движением. Усилие резания. Где - коэффициент, определяющий удельное сопротивление резания, Н/ x, y – опытные коэффициенты S – подача режущего инструмента на один оборот, мм –берут из справочной литературы по обработке материалов резанием. Л 9. Электрический привод ручного инструмента. Классификация и особенности электропривода ручного инструмента. Электроинструментом называют рабочие машины, движение рабочего органа которых осуществляется с помощью электродвигателя, а вспомогательные движения и управление машиной выполняется вручную. Стандартное буквенное обозначение в начале марки электроприводного инструмента – ИЭ, затем идут цифры (1 цифра – группа инструментов по назначению, 2-ая цифра под группу специализации). Последние две цифры означают порядковый регистрационный номер ручной машины данного типа. Предусмотрено девять групп ручных машин по назначению: Сверлильные Шлифовальные Резьбозавёртывающие Ударные и ударно-вращательные Дисковые пилы, машины фрезерные, ножницы, рубанки Машины специальные и универсальные Многошпиндельные машины Насадки, головки с приводом 4/3 гибкий вал Вспомогательное оборудование Инструмент марки ИЭ1205 означает ИЭ – инструмент электроприводной, 1 – машина ручная, сверлильная; 2 – машина ручная сверлильная многоскоростная; 05 – порядковый регистрационный номер данной модели. Основные части электроинструмента: Корпус, рабочий орган (сверло, фреза, пила), приводной электродвигатель и редуктор. Дополнительная оснастка – электропреобразовательные устройства, токоподводящие провода и кабели, выключатели, сменные рабочие органы и приспособления, вентиляторы охлаждения. Качество. Электрооборудование любого инструмента должно обладать следующими качествами: Безопасностью в обслуживании Небольшой массой Большой перегрузочной способностью Достаточно жёсткой механической характеристикой двигателя Повышенной механической прочностью. Классификация. По методу обеспечения безопасности работы ручной электроинструмент подразделяют на 3 класса: Относят электроинструмент на больше 42B, имеющей одну рабочую изоляцию Инструмент класса 1, у которого все части находятся под напряжением, имеют двойную изоляцию или усиленную изоляцию и у неё нет устройств для заземления. Относят электроинструмент на номинальное напряжение до 42 В. или постоянное не свыше 50 В, не имеющий устройств для заземления, питающейся от автономных или электропреобразовательных устройств, которые обеспечивают гальваническую развязку от основной питающей сети более высокого напряжения (аккумуляторная или на повышенную частоту тока). Мощность на валу двигателя режущего инструмента (Вт) рассчитывают: , n = 3000 Двигатели - фазные асинхронные короткозамкнутые двигатели промышленной частоты тока или однофазные универсальные коллекторные с последовательным возбуждением,n = 1200-1600 . Схема электропривода инструмента с универсальным коллекторным двигателем: –выключатель С1, С2 (по 0,1 мкФ) для ликвидации дуги при отключении С3, С4, С5 образуют с разделённой на 2 части обмоткой возбуждения двигателя заградительный фильтр для подавления радиационных, возникающих из-за коммутации электроцепи на коллекторе при работе двигателя. С6, С7 – повышение коэффициента мощности двигателя (0,5-1,0 мкФ) Высокоомный резистор R небольшой мощности предназначен для разреза конденсатора при отключении двигателя от сети. studfiles.net Электропривод60 При работе литейных машин силами сопротивления, действующими на их рабочие органы, и силами трения в механизмах на валу электродвигателя создается момент сил сопротивления МС. При вращении вала двигателя с постоянной скоростью крутящий момент М, развиваемый двигателем, равен и противоположно направлен моменту сил сопротивления МС. При всяком изменении момента сил сопротивления МС или крутящего момента двигателя М скорость вращения двигателя изменяется. Этот процесс можно описать уравнением, называемым уравнением движения (17) где М и МС в Н∙м; J – момент инерции подвижных масс машины, приведенный к валу двигателя, в кг∙м2; dω/dt – угловое ускорение вала двигателя. Входящий в уравнение (17) момент сил сопротивления МС называют также статическим, а момент – динамическим, так как он обусловлен силами инерции движущихся масс машины. При установившемся движении скорость вращения постоянна (dω/dt = 0) и динамический момент равен нулю. При dω/dt ≠ 0 в электроприводе имеет место переходный процесс, причем dω/dt > 0 соответствует ускорению, а dω/dt < 0 – замедлению движения привода машины. В литейных машинах переходные процессы возникают при пуске и торможении, при всяком изменении момента сил сопротивления. Многие литейные машины и их электроприводы постоянно находятся в состоянии непрерывного переходного процесса. Это смесители периодического действия, гидростанции машин литья под давлением и гидрофицированных агрегатов автоматических линий, дробилки и т. д. В зависимости от скорости вращения момент двигателя М изменяется в соответствии с его механической характеристикой. Момент сил сопротивления МС в литейных машинах зависит от самых разнообразных факторов, например, от количества и свойств формовочной смеси в смесителе, от профиля трассы скиповых подъемников, от скорости вращения в дробеметных головках и т. д. Таким образом, моменты М и МС не постоянны во времени и могут выражаться весьма сложными функциями. Поэтому решение дифференциального уравнения (17) в некоторых случаях связано со значительными трудностями. Обычно уравнение движения решается в предположении, что во время переходного процесса t момент двигателя М и момент сил сопротивления МC постоянны. Тогда при изменении скорости от ω1 до ω2 . (18) Учитывая, что ,получим . (19) При n1 = 0 и n2 = п из соотношения (19) определяем время tn пуска машины , (20) а при n1 = n и n2= 0 – время tm самоторможения машины при отключенном двигателе . (21) При электрических способах торможения момент М двигателя направлен против вращения и входит в уравнение движения со знаком минус. Время торможения в этом случае определяем из выражения . (22) В действительности моменты М и МС не постоянны. Поэтому для более точного определения времени переходного процесса весь интервал скоростей разбивают на достаточно малые отрезки и определяют время переходного процесса на каждом участке, принимая М и МС постоянными в течение этого времени: . (23) На практике время переходных процессов вычисляют приближенно, считая моменты МС и М постоянными. Например, при пуске асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором средний момент двигателя за время пуска принимают равным . (24) В ряде литейных машин, в основном транспортных, момент сил сопротивления обусловлен силами трения в механизмах. При трогании с места момент сил сопротивления у таких машин в 2…3 раза больше, чем при движении, так как коэффициент трения покоя значительно больше коэффициента трения движения. Несмотря на это момент сил сопротивления считают постоянным и следят лишь за тем, чтобы пусковой момент двигателя был больше момента сил сопротивления. Статические моменты МС отдельных механизмов машин приводят к валу двигателя через передаточное отношение и к. п. д. машины. Моменты инерции отдельных элементов машины, входящие в выражение для динамического момента, приводятся из условия сохранения кинетической энергии движущихся масс машины. Для элемента машины, вращающегося со скоростью п1 и обладающего моментом инерции J1, приведенный момент инерции J1: , (25) где п – скорость вращения двигателя. Приведенный момент инерции J2 элемента машины массой т, совершающего поступательное движение со скоростью V м/сек: . (26) Общий момент инерции / системы, приведенный к валу двигателя: , (27) где Jо – момент инерции ротора электродвигателя в кг∙м2. В каталогах указаны маховые моменты роторов двигателей. Момент инерции связан с маховым моментом GD2 соотношением , (28) где G – масса в кг. studfiles.net Электроприводом называется устройство, осуществляющее преобразование электрической энергии в механическую и обеспечивающее электрическое управление преобразованной механической энергией. Автоматизированный электропривод (АЭП) представляет собой электромеханическую систему, состоящую из автоматического управляющего устройства (АУУ), преобразователя мощности, передаточного устройства и электродвигателя, предназначенных для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением. Электродвигатель и рабочая машина в данном случае представляют собой объект управления. Основными элементами электропривода являются: электродвигатель, аппаратура управления и защиты, промежуточные передачи, соединяющие электродвигатель с рабочей машиной. В некоторых приводах промежуточная передача отсутствует (привод насосов, вентиляторов и др.). С целью повышения гибкости управления и улучшения характеристик питание электродвигателя иногда осуществляется от управляемого выпрямителя, генератора пли преобразователя частоты, которые также являются элементами электропривода. В большинстве случаев привод получает электроэнергию от трехфазной сети переменного тока частотой 50 Гц, напряжением от 380 до 10 000 В. Передаточное устройство предназначено для передачи механической энергии от электродвигателя к исполнительному органу рабочей машины и согласования вида и скорости их движения. В качестве исполнительного органа могут служить валки прокатного стана, барабан кранового механизма, механизм перемещения электрода и т. п. В качестве передаточного устройства используют редукторы, планетарные и реечная передачи, муфты и т. п. Основные технологические агрегаты и машины металлургического производства имеют автоматизированный электропривод. Общая структурная схема электропривода приведена на рис. 1. Основным элементом ЭП является электрический двигатель (ЭД), который вырабатывает механическую энергию (МЭ) за счет потребляемой от источника электроэнергии (ИЭЭ) электрической энергии (ЭЭ). В некоторых режимах работы ЭП электродвигатель осуществляет и обратное преобразование энергии, получая механическую энергию от исполнительных органов (ИО) и работая при этом в генераторном режиме. От электродвигателя механическая энергия подается на исполнительный орган рабочей машины (РМ) через механическую передачу (МП). В некоторых случаях ИО непосредственно соединяется с ЭД, что соответствует безредукторному ЭП. Электрическая энергия поступает в ЭП от источника электроэнергии через преобразователь электрической энергии (Пр). Функции управления и автоматизации работы ЭП осуществляются устройством управления (УУ). Преобразователь Пр вместе с устройством управления УУ образуют систему управления (СУ) электропривода. Рисунок 1 – Структурная схема электропривода Назначение указанных на схеме рис. 1 элементов состоит в следующем. Электродвигатель - электромеханический преобразователь, предназначенный для преобразования электрической энергии в механическую (в некоторых режимах работы ЭП - для обратного преобразования энергии). Преобразователь электроэнергии - электротехническое устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии одних параметров или показателей в электроэнергию других параметров или показателей и управления процессом преобразования энергии. Механическая передача - механический преобразователь, предназначенный для передачи механической энергии от электродвигателя к исполнительному органу рабочей машины и согласования вида и скоростей их движения. Управляющее устройство - совокупность элементов и устройств, предназначенная для формирования управляющих воздействий в ЭП и обеспечивающая взаимодействие ЭП с сопредельными системами его отдельных частей. Система управления ЭП - совокупность преобразователя электроэнергии и устройства управления, предназначенная для управления электромеханическим преобразованием энергии в целях обеспечения заданного движения исполнительного органа рабочей машины. Рабочая машина - машина, осуществляющая изменение формы, свойств, состояния и положения предметов труда. Исполнительный орган рабочей машины - движущийся элемент рабочей машины, выполняющий технологическую операцию. В табл. 1 приведены наиболее распространенные примеры реализации элементов ЭП. Рисунок 2 – Пример электропривода с редукторным механизмом studfiles.net 190Пункт 2: Общие сведения об электроприводе. Классификация электроприводов. Какая мощность двигателя передается приводному агрегату электропривода
Глава 15. Электропривод
15.1. Общие сведения
15.2. Основные режимы работы электропривода
Л8. Электропривод машин и установок для обработки сельскохозяйственной продукции.
Глава III динамика электропривода и выбор мощности двигателей
§ 1. Переходные процессы в электроприводах
Общие сведения об электроприводе. Классификация электроприводов.
Основы теории электропривода введение
Производственные агрегаты состоят из большого, отдельных машин аппаратов идеталей, выполняющих различные функции. Все части агрегатов в совокупности совершают работу, которая обеспечивает какой либо производственный процесс. Любой производственный агрегат или машинное устройство состоит из трёх основных частей: двигателя (служит для получения механической энергии), передаточного механизма (служит для пердачи механической энергии от двигателя) и исполнительного механизма, выполняющего производственный процесс (крыльчатка вентилятора, барабан лебёдки, брашпиль и т.д.) [1]. Исполнительный механизм так же называют рабочим органом.
Первые два элемента сложного производственного агрегата служат для приведения в движение исполнительного механизма, поэтому их обьединяют под общим названием привод.
Примером первого, простейшего привода является ручной привод ( человек рукой приводил в движение устройство для совершения полезной работы), затем появился конный привод (усилие человека заменено тяговой силой животного). На смену им пришёл механический привод , в котором механическая энергия пердавалась от ветряного, водяного колеса, паровой турбины, двигателя внутреннего сгорания.
В настоящее время для приведения в движение большинства рабочих машин применяется электрический двигатель и основным типом привода является электрический привод или электропривод.
Тема лекции 1 Основные понятияэлектропривода план лекции
Структурная схема электропривода
Общая классификация электроприводов
Классификация судовых электроприводов
1.1. Структурная схема электропривода
Электрический привод представляет собой электромеханическую систему , предназначенную для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением.
В общем случае электропривод состоит из 4-х устройств ( рис.1.1 ):
преобразовательное;
электродвигательное;
передаточное;
управляющее.
Преобразовательное устройство предназначено для преобразования рода тока, напряжения и частоты тока питающей сети и передачи преобразованных параметров сети в электрическую часть электропривода. Поэтому оно включается между питающей сетью и электрической частью электропривода.
Рис. 1.1. Структурная схема электропривода
В качестве преобразовательных устройств используются:
для преобразования рода тока – выпрямители, преобразующие переменный ток в постоянный;
для преобразования напряжения – трансформаторы, преобразующие переменное напряжение одного значения в переменное напряжение другого значения той же частоты;
для преобразования частоты тока – преобразователи частоты, преобразующие переменный ток одной частоты в переменный ток другой, регулируемой частоты.
для преобразования напряжения – инверторы, преобразующие постоянное напряжение в пременное регулируемой амплитуды и частоты
Рассмотрим поочередно преобразовательные устройства.
Выпрямители
На судах выпрямители применяют в электроприводах, использующих в качестве источника механической энергии двигатель постоянного тока. К таким электроприводам относятся (в оснвном на судах старой постройки):
якорно – швартовные механизмы – брашпили;
грузоподъёмные – грузовые лебёдки и краны;
гребные электрические установки, предназначенные для движения судна.
Мощность этих электродвигателей составляет десятки и сотни кВт.
Трансформаторы
Трансформаторы в судовых электроприводах, как правило, не применяются. Однако они нашли применение на берегу. Здесь от высоковольтных линий электропередач с напряжениями в сотни киловольт питаются предприятия с электроприводами напряжением 380В и 660В.
Преобразователи частоты
На судах статические тиристорные преобразователи частоты применяются в электроприводах переменного тока. К таким электроприводам относятся, в основном, грузоподъёмные тяжеловесные устройства и гребные электрические установки.
Электродвигательное устройство предназначено для преобразования электрической энергии в механическую или, в некоторых системах судовых электроприводов (система генератор – двигатель), механической энергии в электрическую.
К электродвигательным устройствам относят электродвигатели постоянного и переменного тока, а также универсальные ( переменно-постоянного тока ). Последние нашли на судах ограниченное применение, в основном, в электроприводах вентиляторов мощностью до 250…300 Вт.
Передаточное устройство предназначено для передачи механической энергии от электродвигателя к исполнительному органу механизма.
К передаточным устройствам относят механические, гидравлические и другие передачи. Передаточные устройства применяют в грузоподъёмных, якорно-швартовных и рулевых механизмах. Например, в электроприводе грузовой лебёдки передаточным устройством является редуктор, расположенный между электродвигателем и грузовым барабаном лебёдки.
Простейшие по устройству электроприводы, например, вентиляторы и центробежные насосы, не имеют передаточного устройства, т.к. у них крылатка насажена непосредственно на вал электродвигателя.
Управляющее устройство предназначено для управления преобразовательным электродвигательным и передаточным устройствами. При помощи управляющего устройства задают необходимый режим работы всего электропривода, например, пуск, остановку, реверс, изменение скорости и др. Например, в электроприводе грузовой лебёдки управляющее устройство состоит из командоконтроллера (с рукояткой управления) и
станции управления, внутри корпуса, которой находятся коммутационные и защитные электрические аппараты – контакторы, реле, предохранители и др.
В сложных современных судовых электроприводах составной частью управляющего устройства являются бортовые компьютеры, которые получают информацию от задатчиков и датчиков обратной связи и вырабатывают сигналы управления в соответствии с заданными алгоритмами (программами).
При этом, в качестве задатчиков используются рукоятки управления тремя механизмами крана (подъём, поворот, стрела), связанные с потенциометрами, в качестве датчиков – большое количество чувствительных элементов, измеряющих вес груза, давление в системе гидравлики величину тока, определяющих положение рабочих органов перечисленных механизмов и многое другое.
studfiles.net
1 Дайте определение электропривода.
Электропривод – это электромеханическая система, состоящая из устройства преобразования (ПрУ), эл. Машины (ЭМ), передаточного устройства (ПУ), устройства управления и защиты (УУ) и рабочих органов технологической машины (РОТМ). Источником энергии эл.привода является электрическая сеть.
Электрический привод (сокращённо — электропривод) — это электромеханическая система для приведения в движение исполнительных механизмов рабочих машин и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса.
Электропривод – это электромеханическая система, состоящая, в общем случае, из взаимодействующих преобразователей электроэнергии, электромеханических и механических преобразователей, управляющих и информационных устройств и устройств сопряжения с внешними электрическими, механическими, управляющими и информационными системами, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением в целях осуществления технологического процесс.
2 Дайте определение электропривода в виде структурной схемы.
1) Взаимная связь элементов, входящих в состав электропривода в общем виде представлена на рис. 1.1 в виде структурной схемы.
ИЭ – источник энергии, ЭП – эл.преобразователь, ЭМП – электромех-ий преобраз-ль, МП –мех-ий преобраз-ль, РО – рабочий орган, РМ – рабочий механизм, СУТП – система управления технолог-им процессом, УУ – управляющее устройство, Д- датчики, ТП – технолог-ий процесс.
2) Источником энергии эл.привода является электрическая сеть.
Эл.сеть ПрУ ЭМ ПУ РОТМ
УУ
ПрУ – устойство, кот. согласует напр.сети и эл.машины
ПУ – механич.система,кот. Согласует параметры эл.машины с технол.машины
3)
1-электрическая сеть, 2-преобразовательное устройство(тр-р, преобраз.), 3-ЭД. 4-передаточное устройство(редуктор), 5-рабочий орган, 6-устройство управления.
ИЛИ
Основным элементом любого электропривода 6 служит электрический двигатель 1, который вырабатывает механическую энергию (МЭ) за счет потребляемой электрической энергии, т.е. является электромеханическим преобразователем энергии. От электродвигателя механическая энергия через передаточное устройство 9 (механическое, гидравлическое, электромагнитное) подается на исполнительный орган 7 рабочей машины 8, за счет чего тот совершает требуемое механическое движение. Функция передаточного устройства заключается в согласовании параметров движения электродвигателя и исполнительного органа
3 Дайте определение группового электропривода.
1) Групповым электроприводом называется такой привод, в котором от одного электродвигателя с помощью одной или нескольких трансмиссий движение передается группе рабочих машин.
2) Кинематическая цепь в таком приводе сложна и громоздка, а сам электропривод является неэкономичным, усложняется его эксплуатация и автоматизация технологических процессов. Вследствие этого трансмиссионный электропривод в настоящее время почти не применяется, он уступил место индивидуальному и взаимосвязанному.
Групповой электропривод состоит из одного электрического двигателя, который через трансмиссию и контрпривод приводит в движение несколько исполнительных механизмов. Контрпривод представляет собой короткий вал, лежащий в подшипниках. На валу расположены ступенчатый шкив, рабочий (связанный с валом) и холостой (свободно сидящий на валу) шкивы. Контрпривод дает возможность изменять скорость вращения станка (при помощи ступенчатого шкива), останавливать и пускать станок (при помощи рабочего или холостого шкива). Остановка приводного двигателя приводит к прекращению работы всех исполнительных механизмов, получающих от него механическую энергию. При работе только части исполнительных механизмов групповой привод имеет низкий КПД.
Эл. Сеть
ПрУ
УУ ЭМ
ПУ1 ПУ2 … ПУn
РОТМ1 РОТМ2 … РОТМn
studfiles.net
5.3. Электропривод с электрическим валом
В ряде случаев между отдельными механизмами одного и того же агрегата, требующими согласованного движения и расположенными на значительном расстоянии, трудно осуществить механическую связь из-за необходимости увеличения диаметра и длины соединительных валов, возрастания числа опорных подшипников и т. д. При передаче значительных вращающих моментов и большой длине вала может возникнуть недопустимое скручивание вала. Иногда конструктивно производственный механизм такой, что механическая передача движения его рабочим органам становится практически невозможной.
Взамен громоздкой механической передачи может быть использована электрическая передача для согласованного вращения отдельных механизмов, которую называют для простоты электрическим валом. Помимо упрощения кинематической схемы механизма электрический вал обычно дает возможность увеличить его угловую скорость, так как при этом снимаются ограничения, обусловленные механическим резонансом, и, кроме того, упрощается управление механизмом.
Электрический вал находит применение для привода таких механизмов, как разводные мосты, затворы шлю-зов, мостовые краны, крупные токарные станки и т. п.
Система электрического вала наиболее проста, когда синхронный двигатель через питающую сеть присоединяется к синхронному генератору. Согласованное вращение между синхронным генератором и синхронным двигателем выполняется независимо от расстояния между ними. Два или несколько синхронных двигателей, предназначенных для привода одного механизма и получающих питание от общей сети переменного тока, вращаются с равными или жестко согласованными скоростями, не будучи меха-
нически связанными.В обоих случаях имеет место осуществление электрического вала. Однако такая, хотя и простая система электрического вала, не нашла практического применения вследствие того, что в переходных режимах, в частности при асинхронном пуске, возникают существенные рассогласования в угловых скоростях и положении валов отдельных двигателей, поэтому в системах электрического вала наибольшее распространение нашли асинхронные машины. Можно выделить три основные схемы: 1) с уравнительными машинами, или уравнительный электрический вал; 2) с основными рабочими машинами и общими резисторами — рабочий электрический вал; 3) с асинхронным преобразователем частоты — дистанционный электрический вал.
Рис. 5.11. Принципиальная схема электрического вала с уравнитель-ными асинхронными машинами.
Система электрического вала с уравнительными асинхронными машинами. Принципиальная схема электрического вала с уравнительными асинхронными машинами приведена на рис. 5.11. Каждый элемент привода состоит из основного (рабочего) двигателя M1 (M2) (двигатель может быть любым в том числе и не электрическим), механически связанного с производственным механизмом ПМ1 (ПМ2), а также со вспомогательной уравнительной машиной ВM1 (ВМ2).
Уравнительные машины — это обычные асинхронные двигатели с фазным ротором с одинаковыми числом фаз, напряжением, обмотками и числом полюсов; статорные обмотки их параллельно присоединяются к сети переменного тока, роторные соединяются между собой. В обеих уравнительных машинах от сети наводятся одинаковые магнитные поля с равными частотами, временным и пространственным расположением. При одинаковом относительном положении обмоток статора и ротора (и одинаковом скольжении) в обмотках ротора будут наводиться
равные по амплитуде ЭДС, совпадающие по фазе( =0):
— ЭДС ротора при его неподвижном состоянии (s — скольжение). Если встречно включить роторные обмотки, то при =0 ток в них протекать не будет; каждая из машин будет потреблять из сети только ток намагничивания (рис. 5.12, а). Поворот ротора одной из машин на определенный угол б вызовет под влиянием разности ЭДС ΔЁ2 уравнительный ток I2 (рис. 5.12, б), который, взаимодействуя с магнитными полями
Рис. 5.12. Векторные диаграммы электрического вала с уравнительными машинами.
статора одной и другой машин, создаст вращающие моменты, стремящиеся повернуть ротор в исходное положение.
Уравнительный ток, а следовательно, и момент при данном угле сдвига роторов зависит от угловой скорости машин, уменьшаясь с ее возрастанием или уменьшением скольжения; при скольжении s=0 ΔE2 = 0 и момент равен 0. Для определения уравнительного тока и вращающих моментов, развиваемых машинами, воспользуемся схемой замещения для роторных цепей, приведенной на рис. 5.13.
Согласно схеме замещения
(5.9)
или
(5.10)
Активная составляющая тока I2 равна:
(5.11)
- активная составляю-
щая тока ротора асинхронного двигателя в нормальной (обычной) схеме включения; sk≈ Rz/xz — критическое скольжение асинхронного двигателя при R1 = 0 и х1 = 0.
Рис. 5.13. Схема замещения роторных цепей электрического вала с уравнительными машинами.
Так как момент асинхронной машины пропорционален активной составляющей тока ротора, то момент первой вспомогательной (уравнительной) машины равен:
(5.13)
Аналогиччо можно показать, что момент, развиваемый второй уравнительной машиной:
(5.14)
где М = 2Mk /(sk/s + s/sk) — момент асинхронной машины в нормальной схеме включения.
Уравнения (5.13) и (5.14) показывают, что моменты уравнительных машин содержат две составляющие:
пропорциональную sin — это синхронизирующий мо-
мент:
(5.15)
знак «—» относится к синхронизирующему моменту первой машины, «+» — ко второй; асинхронная составляющая (5.16)
Синхронизирующий момент поддерживает согласован-ное вращение, действуя на обе уравнительные машины одинаково, но с противоположными знаками, поэтому разность этих моментов определяет уравнивающее действие системы. Таким образом, уравнительный или синхронизирующий момент системы равен:
(5.17)
Наибольшее значение синхронизирующего момента системы имеет место при = 90 и равно :
(5.18)
Из (5.18) следует, что максимум синхронизирующего момента зависит от скольжения уравнительных машин, стремясь к предельному значению, равному 2МК (рис. 5.14).
Рис. 5.14. Зависимость синхро- Рис. 5.15. Характеристика момен низирующего момента от сколь- тов электрического вала с уравни- жения. тельными машинами в относитель-
ных единицах.
Очевидно, что при малых скольжениях, когда малы абсо-лютные значения ЭДС роторов, малы и уравнительные моменты. Поэтому практически с целью увеличения уравнительного момента машин необходимо вращать машины против направления вращения поля статора; в этом случае скольжение будет выше 1.
Асинхронный момент действует в направлении вращения вала, вызывая ускорение обоих его элементов.
Характеристика уравнительного момента электриче-ского вала в относительных единицах Му*= МУ/МК = f () показана на рис. 5.15; там же приведены составляющие Мсин* и Масин*. Одна из уравнительных машин, как это видно из (5.14), развивает положительный момент, т.е.
работает в двигательном режиме, тогда как другая развивает отрицательный момент, работая в генераторном режиме (5.13). Очевидно, что
Синхронизирующий момент поддерживает согласованное вращение за счет передачи вращающего момента от одной машины к другой. При идеальных уравнительных машинах, у которых сопротивление роторов равно 0, развивались бы только синхронизирующие моменты. Практически же машины обладают активными сопротивлениями, в роторной цепи возникают потери и создаются асинхронные моменты. На рис. 5.16, а, б приведены энергетические диаграммы электрического вала при s = 0,5 без учета потерь и с учетом потерь.
Рис. 5.16. Энергетические диаграммы электрического вала с уравнительными машинами при s = 0,5 без потерь (а) и с потерями (б).
В электрическом вале без учета потерь (рис. 5.16, а) электромагнитная мощность передается через соединительные провода статоров; поступающая в ротор одной машины электромагнитная мощность Р12 частично передается на вал, другая часть в виде мощности скольжения Ps передается через контактные кольца от одной машины к другой. Мощность, потребляемая из сети, равна 0. Аналогичное распределение мощности наблюдается в реальном электрическом вале, отличающемся наличием потерь в ма-шинах, которые покрываются потреблением энергии из сети.
На диаграммах Р11 и Р12 — мощности, потребляемые статорами первой и второй машины; МВ,M1 , МВ,M2 — моменты, развиваемые первой и второй уравнительными машинами; ΔР11 , Δ Р12 — потери мощности в статорах; Рмех1, Рмех2 — механическая мощность каждой из машин.
Большая часть мощности циркулирует в цепи статоров машин. Расхождение в значениях электромагнитных моментов машин (рис. 5.16, б) вызвано потерями в роторе. Чем больше эти потери, тем больше разность моментов машин.
При вращении роторов против поля (s > 1) подведенная с вала к первой машине мощность PMex1 складывается с мощностью, потребляемой со стороны статора, и передается через роторную цепь другой машине (рис. 5.17), т. е. при s > 1 первая машина работает в тормозном режиме (режим торможения противовключением), потребляя мощность из сети и с вала; вторая машина частично генерирует энергию в сеть и, кроме того, развивает двигательный момент.
Рис. 5.17. Энергетические диаграммы электрического вала с уравнительными машинами при вращении роторов против поля.
При вращении машин против поля изменяются знаки электромагнитной мощности и мощности скольжения; уравнительный поток мощности в роторной цепи значительно больше, чем в случае вращения машин по полю, что объясняется большими вторичными ЭДС, пропорциональными скольжению; этим обусловлено большое значение уравнительного момента, что является достоинством этого режима. Направление механической мощности не изменяется с переходом от s < 1 к s > 1.
Другим достоинством по сравнению с вращением по полю является уменьшение угла рассогласования валов при одном и том же расхождении в нагрузках отдельных элементов системы.
Недостатком вращения машин против поля являются повышенные потери в стали ротора из-за увеличенной частоты тока ротора.
Нормальная работа электрического вала требует соблюдения следующих условий:
1) сумма всех действующих в каждом элементе системымоментов должна быть равна нулю, т. е.
(5.19)
где МД1(2) — момент, развиваемый рабочим двигателем; МС1(2) — статический момент на валу рабочего двигателя; МВ,М1(2) — уравнительный момент;
система должна быть статически устойчива, т. е. при небольшом нарушении равновесия вращающие моменты после устранения возмущающего воздействия должны вы звать замедление или ускорение привода, направленное к установлению равновесия;
система должна блть динамически устойчива, т. е. отвечать известным критериям устойчивости, удовлетворять необходимым требованиям качества переходного процесса: обладать допустимыми максимумом амплитуды угла рас- согласования и соответственно уравнительного момента и
временем переходного процесса.
Рис. 5.18. Принципиальная схема рабочего электрического вала с регулируемыми резисторами.
В рассмотренной системе электрического вала уравнительные машины могут развивать асинхронный момент только при ≠ 0 и различных нагрузках на валах отдельных элементов системы; основной ее особенностью является образование синхронизирующего момента, обеспечивающего согласованное вращение.
Схема с основными рабочими машинами и общими резисторами — рабочий электрический вал. Вместо двух уравнительных машин возникла идея создания такой системы, в которой одна и та же машина выполняла бы задачу приводного двигателя и синхронизирующего устройства. Такой является система электрического вала, состоящая из двух (или нескольких) одинаковых асинхронных машин с фазными роторами, статорные цепи которых
подключены параллельно к питающей сети, а роторные обмотки соединены встречно и параллельно этим соеди-нениям включены во все три фазы регулируемые резисторы (рис. 5.18). Иногда эту систему называют рабочим электрическим валом потому, что в ней одна и та же машина выполняет рабочую и синхронизирующую функции.
Влияние регулируемых добавочных резисторов весьма существенно; при Rдоб = 0 электрический вал превращается в обычные, независимо работающие асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Если Rдоб = , электрические машины работают в режиме сельсинной передачи угла.
Рис. 5.19. Упрощенная схема замещения рабочего электрического вала.
Рассмотрим свойства этой системы, когдаRдоб > 0, воспользовавшись упрощенной схемой замещения, приведенной на рис. 5.19. На основании схемы замещения составляем систему уравнений:
(5.20)
После несложных преобразований получим уравнениядля токов в роторе первой и второй машин:
(5.21)
(5.22)
Пользуясь (5.21) и (5.22), определяем моменты машин электрического вала аналогично тому, как это было сде-
дано для системы с уравнительными машинами:
(5.23)
(5.24)
где sk’ = sk (R2 + 2Rдоб)/R2
Из (5.23) и (5.24) следует, что моменты, развиваемые первой и второй машинами, представляются суммой двух составляющих, где первая — асинхронная:
(5.25)
а вторая — синхронизирующая составляющая:
(5.26)
По сравнению с электрическим валом с уравнительнымимашинами здесь прибавляется составляющая асинхронного момента, равная:
(5.27)
Анализ выражений (5.25) и (5.26) показывает, что при = 0 обе машины развивают одинаковые моменты, рав-
ные:
(5.28)
т. е. каждый из двигателей работает в асинхронном режиме с добавочным сопротивлением в роторной цепи, равным 2Rдo6. При этом синхронизирующий момент равен 0.
Если нагрузки на валах машин окажутся разными, то уравнительный момент будет разгружать машину с боль-щей нагрузкой и подгружать менее нагруженную машину. При этом нагрузки на обеих машинах окажутся равными, а угловые скорости одинаковыми, но появится угол рассогласования в положении роторов двигателей.
Условием установившегося режима работы является равновесие приводных и нагрузочных моментов, при этом ни одна из машин не испытывает ускорения или замедления.
Максимальный угол рассогласования для рабочего вала составляет 90°. Это означает, что рабочий электрический вал, так же как и электрический вал с уравнительными
Рис. 5.20. Кривые зависимостей моментов от скольжения рабочего электрического вала при изменении сопротивления резисторов Rдоб
машинами, можно нагружать выше критического момента машины электрического вала, работающей в генераторном режиме, со статически устойчивой передачей уравнительных моментов. В этом случае нагрузочный момент не должен быть ниже определенного минимального значения.
Возможность использования рабочего электрического вала видна из рис. 5.20, а, б, где для ряда значений х = = R2/ (R2 + 2Rдоб) показаны кривые зависимости моментов от скольжения. Все вращающиеся моменты отнесены к максимальному моменту Мк машин электрического вала.
Характеристики асинхронных моментов при симметричной нагрузке показаны на рис. 5.20, а. Электрический вал с уравнительными машинами в этом случае никакого момента не развивает (x = 0). При х = 1 роторы непосредственно замкнуты накоротко (Rдоб = 0) и машины рабочего электрического вала работают как обычные машины с короткозамкнутым ротором с малой нагрузкой. Соответствующим выбором сопротивления резисторов можно устанавливать любые промежуточные значения моментов, причем следует учитывать также и требуемые уравнительные моменты.
Характеристики передаваемых уравнительных моментов показаны на рис. 5.20, б. Наибольшие уравнительные моменты имеет уравнительный вал (при х = 0), а при х = 1 никакие уравнительные моменты в рабочем электрическом вале передаваться не могут. На рис. 5.20, б ΔМтах — разность моментов нагрузок, передаваемых при этом режиме работы:
ΔMmax =| M2 –M1 |-90º
В практически важном диапазоне скольжений (от s = 0,1 приблизительно до s = 0,3) при уменьшении сопротивления резисторов Rдоб уравнительный момент сначала снижается лишь незначительно, хотя уже и создаются значительные моменты. Эта особенность весьма благоприятствует обеспечению необходимых моментов на рабочих механизмах.
Минимальный нагрузочный момент каждого двигателя электрического вала приведен на рис. 5.20, в; для поддержания статически устойчивой работы его значения не должны быть ниже указанных.
Когда на обоих валах моменты инерции равны, условия работы аналогичны электрическому валу с уравнительными машинами. Статическая устойчивость в случае сильно различающихся моментов инерции для уравнительных моментов определяется исключительно нагрузкой машин с малым моментом инерции. Этот привод может нагружаться максимально вплоть до его критического момента. За этим пределом статически устойчивая работа невозможна.
На рис. 5.21 даны предельные кривые θ для различных значений x в зависимости от относительного скольжения. Из них видно, что при малых скольжениях отрицательные углы рассогласования могут быть большими, а положительные — только малыми.
Рабочий электрический вал может применяться лишь при небольшой разнице статических моментов, приложенных к разным валам. Кроме того, из-за наличия постоянно включенных резисторов КПД этого вала оказывается низким и ухудшается-использование машин.
Дистанционный электрический вал. Для обеспечения согласованной работы вспомогательного привода с главным приводом приобрел особо важное значение дистанционный электрический вал. Например, для точного нарезания резьбы в токарных станках часто требуется, чтобы скорость
Рис. 5.21. Предельные кривые 0 для различных значений х в зависимости от относительного скольжения для рабочего электрического вала.
Рис. 5.22. Принципиальная схема дистанционного электрического вала.
подачи резца (суппорта) находилась в постоянном соответствии с угловой скоростью главного привода, вращающего обрабатываемую деталь. Так как мощности главного привода и привода суппорта сильно различаются, то вся необходимая для перемещения суппорта мощность передается через дистанционный электрический вал.
На рис. 5.22 представлена схема дистанционного электрического вала. Одна из машин M1 вала — датчик Д — соединена с главным приводным двигателем ДГ, а другая М2 — приемник П1 — соединена с производственным механизмом (МС2). К одному датчику могут быть присоединены два приемника и больше с различными нагрузками. Здесь в противоположность уравнительному валу направление потока энергии неизменно. Датчик получает
необходимую мощность в основном от главного привода. Приемник как двигатель вращает нагрузку Мс2. Датчик работает в режиме асинхронного преобразователя частоты, а приемник как машина двойного питания — в синхронном режиме.
По сравнению с уравнительным валом менее благоприятной для дистанционного вала является работа в направлении против вращающегося поля. Приемник под нагрузкой стремится снизить свою скорость. Вследствие этого возникает угловой сдвиг в направлении вращения поля, так как направление вращения вала противоположно
Рис, 5.23. Зависимость синхронизирующего (вращающего) момента машины-приемника от угла рассогласования для различных относительных скольжений в системе дистанционного электрического вала.
направлению вращения поля. Угол рассогласования приемника при этом положительный, а максимальный синхронизирующий момент — относительно низкий (рис. 5.23). На рис. 5.24, а, б показаны соотношение знаков и образование момента машины — приемника из синхронной и асинхронной составляющих для обоих режимов работы. Из рис. 5.23 и 5.24 следует, что работа в направлении вращения поля является благоприятной (рис. 5.24, а), так как вращающий момент приемника при отрицательных углах б больше (см. рис. 5.23). Для машин большой мощности может быть рекомендована также и работа в направлении против вращающегося поля (рис. 5.24, б).
Вращающий момент приемника дистанционного элек-
трического вала :
(5.29)
где М = 2Мк /(sk /s + s/sk ); причем угол должен в соот-
ветствии с направлением вращения относительно поля
выбираться либо положительным, либо отрицательным (для 0 < s < 1 угол < 0 и для s > 1 угол > 0).
Устойчивая работа дистанционного электрического вала обеспечивается в диапазоне моментов вплоть до максимального момента. Максимально допустимый угол рассогласо-вания в статике определяется из условия
(5.30)
иравен :
(5.31)
На рис. 5.25 показана зависимость С от относительного скольжения s/sk. Кривые 1 и 2 соответствуют работе в направлении вращающегося поля и против.
Рис. 5.24. Соотношение знаков и образование момента приемника из синхронной и асинхронной составляющих при работе в направлении (а) и против (б) вращающегося поля.
Приемник не может отдавать вращающий момент больший, чем возникающий при С. Следовательно, максимальная нагрузка на приемнике равна:
(5.32)
Можно вывести критерий для выбора машин электрического вала, если в (5.32) подставить максимально допустимый угол рассогласования из (5.31):
(5.33)
Отрицательный знак перед корнем справедлив для положительного угла θ, т. е. для работы в направлении против вращения поля, а положительный знак — при работе машин электрического вала в направлении вращения поля.
Кривые на рис. 5.26, построенные по (5.33), наглядно показывают благоприятные свойства дистанционного электрического вала при работе в направлении вращения поля (кривая 1). Кривая 2 соответствует работе вала в направлении против вращения поля.
Рис. 5.25. Зависимость угла статической устойчивости от относительного скольжения для дистанционного электрического вала.
Недостатком рассмотренной системы является рассогласование валов упомянутых приводов по углу (или по пути), возрастающее с увеличением нагрузки. Это рассогласование — органическое свойство обычной системы электрического вала, так как момент, развиваемый приемником, возникает только в результате рассогласования и пропорционален синусу угла рассогласования.
Из рис. 5.27 видно, что угол рассогласования θ1 (кривая 1) возникает при статическом моменте Мс; если момент нагрузки меняется относительно заданного значения МС, то соответственно изменяется и угол θ1, определяющий погрешность системы. Уменьшение погрешности может быть достигнуто за счет увеличения мощности машин электрического вала. Так, кривая 2 на рис. 5.27 относится к более мощной системе; при том же статическом моменте Мспогрешность обусловлена меньшим углом θ2. Однако чрезмерное увеличение габаритов машин неприемлемо, поэтому с целью повышения точности согласования по пути применяются следящие системы, в которых используются
машины постоянного тока и сельсинные датчики угла рассогласования валов. Эти системы отличаются некоторой сложностью.
Следящая система на переменном токе, в основу которой положена рассмотренная выше схема дистанционного электрического вала, приведена на рис. 5.28. Здесь валы датчика M1 и приемника М2 соединены соответственно с сельсинами С1 и С2, статорные цепи которых присоединены к источнику переменного тока, а роторные обмотки
Рис. 5.27, Зависимость момента от угла рассогласования для различных мощностей электрического вала.
Рис. 5.26. Необходимое минимальное значение макси» мального момента двигателей дистанционного электрического вала при работе в направлении вращения поля (1) и против вращения поля (2).
включены встречно. Отличительной особенностью этой системы электрического вала, в которой, как видно из схемы, электрически соединены машины M1 и М2, является применение машины-датчика M1 с поворотным статором. Поворот статора осуществляется при помощи исполнительного двигателя МЗ малой мощности через редуктор Р с большим передаточным отношением. Двигатель МЗ питается от преобразовательного устройства ПУ, управляемого промежуточным усилителем У.
Если после предварительной синхронизации до пуска системы имеет место рассогласование в положении роторов датчика M1 и приемника М2, например обусловленное моментом трения, то при включенных статорных обмотках
сельсинов С1 и С2 вследствие рассогласования их роторов (соответственно упомянутому рассогласованию роторов датчика и приемника) на выходе сельсинов возникает ЭДС, равная геометрической разности сдвинутых ЭДС С1 и С2. На вход усилителя У будет подан сигнал, в результате действия которого сработает исполнительный двигатель МЗ и статор датчика М2 повернется на такой угол, при котором практически устраняется рассогласование в положении роторов машин M1 и М2 вследствие поворота вала приемника M1 под действием возникшего синхронизирующего момента. Статор датчика повернется на угол, соответствующий тому рассогласованию, которое имело место до начала действия следящей системы.
Рис. 5.28. Следящая система на переменном токе на основе дистанционного электрического вала.
Затем, как обычно, производится пуск главного двигателя и за ним согласованно следует синхронно-следящая система электрического вала. В динамическом режиме, так же как и в статике, действие системы направлено к автоматическому устранению рассогласования в положении валов электрического привода за счет перенесения этого рассогласования в положение статоров. Очевидно, что такая система может обеспечить более высокую точность отработки, чем обычная система электрического вала.
Установка роторов машин электрического вала в одинаковое угловое положение и осуществление предусмотренных для согласованного вращения соединений между обмотками машин и сетью производится с помощью синхронизации. Необходимо следить за тем, чтобы вращаю-
щиеся поля соединенных. между собой машин имели одинаковое направление вращения.
Схема, которая надежно исключает погрешности при синхронизации, изображена на рис. 5.29. Здесь весь процесс синхронизации происходит в три ступени (K1, K2, КЗ). На рис. 5.30 показано пространственное положение главного потока в машинах электрического вала на различных ступенях включения схемы синхронизации.
Синхронизация в три ступени не всегда является обязательной. В установках, к которым не предъявляются высокие требования и синхронизация требуется редко, иногда считается допустимой случайная погрешность синхронизации, и синхронизацию можно производить в две ступени (первая и третья или вторая и третья по рис. 5.29 и 5.30).
Моменты трения и нагрузочные моменты действуют навстречу соответствующим направлениям вращательного
Рис. 5.29. Схема предварительной трехступенчатой синхронизации машин электрического вала.
движения и оказывают поэтому демпфирующее воздействие на возникающие уравнительные колебания. В отдельных случаях, когда механическое демпфирование недостаточно, для сокращения времени, протекающего между отдельными ступенями синхронизации, в соединение роторов включают резисторы с относительно большим демпфирующим сопротивлением, которые при последнем переключении на трехфазное присоединение машин вала к сети шунтируются и таким образом не могут влиять на работу вала. Обычная выдержка времени между ступенями переключения при синхронизации составляет несколько секунд.
Иногда возникает необходимость пуска и синхронизации машины приемника дистанционного электрического вала при уже вращающемся датчике. Наиболее надежная возможность пуска машины-приемника дистанционного электрического вала до угловой скорости, одинаковой с угловой скоростью машины-датчика, и последующей синхронизации приемника обеспечивается при возбужде-
иии машин вала постоянным током по схеме рис. 5.31, При вращающемся главном двигателе ДГ и датчике M1
Рис. 5.30. Пространственное положение главного потока в машинах электрического вала на различных ступенях включения схемы синхронизации на рис. 5.29.
замыкаются контакты К1 и К2'. Машина М2 получает питание со стороны ротора от машины-датчика M1, рабо-
тающей как синхронный генератор с возбуждением постоянным током со стороны статора. Две фазы обмотки статора М2 замкнуты накоротко. Машина-приемник М2 разгоняется почти до угловой скорости
Рис. 5.31. Схема синхронизации машины-приемника дистанционного электрического вала при возбуждении постоянным током в случае вращающегося датчика.
датчика как обычный асинхронный двигатель. После переключения контактора К2 машина М2 получает возбуждение постоянным током и как синхронная машина
входит в синхронизм с машиной-датчиком M1. После этого воздействием на контактор КЗ на обе машины вала подается трехфазное питание и они переходят в режим работы дистанционного электрического вала.
ГЛАВА ШЕСТАЯ
АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИИ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ И МОМЕНТА ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
studfiles.net
Поделиться с друзьями: