ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
СТАВРОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД
КУРС ЛЕКЦИЙ
Ставрополь
2006
Рекомендовано к изданию методической комиссией факультета электрификации сельского хозяйства (протокол №6 от 1.02.06г.) и методическим советом университета (протокол № 5 от 14.02.06г.)
Автоматизированный электропривод: Курс лекций \ Сост. И.В.Атанов. –
Ставрополь: СтГАУ, кафедра ПЭЭСХ, 2006. - 124 с.
Данное учебное пособие состоит из лекций по автоматизированному электроприводу в соответствии с государственным стандартом высшего профессионального образования по направлению 660300 – Агроинженерия.
ВВЕДЕНИЕ
Курс лекций разработан для подготовки специалистов по направлению 660300 – «Агроинженерия».
Лекционный материал содержит 15 лекций по дисциплине «Автоматизированный электропривод» и базируется на двух предыдущих курсах «Основы электропривода» и «Электропривод с.-х. машин».
Особое внимание при изложении материала уделено средствам и системам регулирования координат электроприводов постоянного и переменного тока.
При изложении материала использованы различные шрифты и выделения, которые позволили структурировать материал, облегчить его усвоение.
Важным элементом изучения учебного материала является система сокращений терминов, определений часто встречающихся по тексту. Данные сокращения вводятся и расшифровываются по мере первого упоминания.
Представленный лекционный материал основывается на многочисленных литературных источниках, основные из которых приведены в данном пособии, в разделе литература.
Для самостоятельной работы рекомендуется газета «Приводная техника», а также многочисленные адреса в Интернете, среди которых можно выделить следующие:
www.privod.ru www.owen.ru www.kipservis.ru
Лекция №1
Классификация, структура автоматизированных
электроприводов (АЭП)
Вопросы
1) Классификация электроприводов
2) Структура автоматизированного электропривода (АЭП)
3) Коэффициент полезного действия АЭП
4) Достоинства АЭП
Классификация электроприводов
В зависимости от выполняемых функций, вида и числа регулируемых координат, степени автоматизации технологических процессов реализация ЭП может быть самой разной (рисунок 1).
Рисунок 1 - Классификация ЭП
Неавтоматизированные ЭП - управление с помощью оператора, который осуществляет пуск, остановку, изменение скорости, реверсирование ЭП в соответствии с заданным технологическим циклом.
Автоматизированный ЭП - операции управления выполняются в соответствии с требованиями технологического процесса. Операции выполняются системой управления (на оператора возлагаются функции включения и выключения ЭП). Очевидно, что автоматизированный ЭП является более эффективным и экономически целесообразным, т.к. освобождает человека от утомительного и однообразного труда, повышает производительность труда, качество технологического процесса.
Разомкнутый ЭП- характеризуется тем, что все внешние воздействия (например, момент инерции) влияют на его входную координату, например скорость. Данный вид ЭП отличается простотой и применяется в основном для пуска, торможения и реверса двигателей.
Замкнутые ЭП- отличительной особенностью является полное или частичное устранение влияния внешнего воздействия на регулируемую координату, например скорость. Схемы как правило сложные.
Регулирование по возмущению - дополнительный сигнал, пропорциональный возмущению подаётся на вход ЭП вместе с сигналом задания, в результате суммарный сигнал обеспечивает управление ЭП. Данное регулирование не нашло должного применения из-за сложности реализации датчиков возмущающих воздействие в частности момента нагрузки – Мс (рис.2).
Регулирование по принципу отклонения (принцип обратной связи)- характеризуется наличием цепей обратной связи. Информация о регулируемой координате подаётся на вход ЭП в виде сигнала обратной связи, который сравнивается с задающим сигналом и полученный результирующий сигнал (рассогласования, отключения, ошибки) является управляющим сигналом для ЭП (рис.2). Обратные связи могут быть положительными и отрицательными, линейными и нелинейными, жесткими и гибкими и др.
а)
б)
Рисунок 2-Замкнутые структуры АЭП с компенсацией по возмущению (а),
с обратной связью (б)
Положительной называется такая обратная связь, сигнал которой направлен согласно (т.е складывается) с задающим сигналом.
Отрицательная ОС- сигнал ОС направлен встречно задающему сигналу.
Жесткая ОС- действует, как в установившемся, так и переходном режимах.
Гибкая ОС- действует только в переходных режимах.
Линейная ОС- характеризуется пропорциональной зависимостью между
регулируемой координатой и сигналом ОС.
Нелинейная ОС- данная зависимость не линейна.
Структура аэп
Автоматизированным электроприводом называют электромеханическую систему, состоящую в общем виде из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств и предназначенную для приведение в движение исполнительных органов рабочих машин и управления этим движением (рисунок 3).
обратные
связи
Рисунок 3 – Структурная схема АЭП
Основное назначения АЭП - преобразование электроэнергии в механическую энергию исполнительных органов машин и механизмов. В отдельных случаях (генераторный режим, торможение) возможно и обратное преобразование.
На долю АЭП приходится 60% вырабатываемой в стране электроэнергии.
На рисунке 3 представлены:
потоки электрической энергии -, потоки механической энергии - ;
ПРБ - преобразовывают эл.энергию в необходимый вид (магнитные пускатели, тиристорные коммутаторы, регуляторы, преобразователи и т.д.);
ПРД- преобразовывают механическую энергию в необходимый вид для потребителя механической энергии (ПМЭ) (муфты, шкиво-ременные передачи, редукторы и т.д.);
УУ - информационная часть (микропроцессорные средства, микро-ЭВМ).
Коэффициент полезного действия аэп
Как и для всякого электромеханического устройства, важным показателем является коэффициент полезного действия
АЭП= ПРБ· ЭД· ПРД,
т.к. коэффициент полезного действия ПРБ и ПРД ≈1 и мало зависит от нагрузки, то АЭП определяется ЭД, которое также является достаточно высоким и при номинальной нагрузки составляет 60-95%.
Малое КПД соответствует тихоходным двигателям малой мощности.
При повышении мощности выше 1кВт ЭД и соответственно АЭП превышает 70%.
4 Достоинства аэп
1) низкий уровень шума при работе;
2) отсутствие загрязнения окружающей среды;
3) широкий диапазон мощностей и угловых скоростей вращения;
4) стабилизация выходной координаты;
5)доступность регулирования угловой скорости вращения и соответственно производительности технологической установки;
6)относительная простота автоматизации, монтажа, эксплуатации по сравнению с тепловыми двигателями, например, внутреннего сгорания, а также гидро и пневмоприводами.
Лекция 2 Регулирование координат эп Вопросы
Показатели регулирования скорости ЭП
Регулирование момента, тока, положения ЭП
Способы регулирования частоты вращения ДПТ
Способы регулирования частоты вращения АД
1 Показатели регулирования скорости эп
Для обеспечения требуемых режимов работы машин, производственных механизмов и самого ЭП некоторые переменные, которые характеризуют их работу, должны регулироваться. Такими переменными, часто называемыми в ЭП координатами, являются, например, скорость, ускорение, положение исполнительного органа (ИО) или любого другого механического элемента привода, токи в электрических цепях двигателей, моменты на их валу и др.
Типичным примером необходимости регулирования координат может служить ЭП пассажирского лифта. При пуске и остановке кабины лифта для обеспечения комфортности пассажиров ускорение и замедление ее движения ограничиваются. Перед остановкой скорость кабины должна снижаться, т. е. регулироваться. И, наконец, кабина с заданной точностью должна останавливаться на требуемом этаже. Такое управление движением кабины лифта обеспечивается за счет регулирования соответствующих координат (переменных) ЭП лифта.
Процесс регулирования координат всегда связан с получением искусственных (регулировочных) характеристик двигателя, что достигается целенаправленным воздействием на двигатель.