МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВНИЯ
Самарский государственный университет путей сообщения
Кафедра «ВАГОНЫ»
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению лабораторной работы №7 по дисциплине
«ТЕОРИЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ МЕТОДЫ РАСЧЕТА
И ПРОЕКТИРОВАНИЯ САУ»
для студентов специальности
«ПСЖД» Вагоны
всех форм обучения
Составитель: Буштрук Т. Н.
Самара 2015
УДК 621.313.333
Буштрук Т. Н. Основы электропривода технологических установок [Текст]: методические указания к лабораторной работе по исследованию электропривода постоянного тока по дисциплине «Основы электропривода технологических установок локомотивных» для студентов специальности «ПСЖД» всех форм обучения / Т. Н. Буштрук – Самара: СамГУПС, 2015. – 14 с.: ил. Библиогр.: 14 с.– 100 экз.
Утвержден на заседании кафедры «Электротехника» 09. 03. 2015 г., протокол № 03.
Методические указания разработаны в соответствии с программой, утвержденной учебно-методическим управлением по специальностям железнодорожного транспорта. Методические указания содержат необходимые краткие теоретические сведения по выполнению лабораторной работы, экспериментальные схемы, методику расчета.
Печатается по решению редакционно-издательского совета университета.
Составитель: Татьяна Николаевна Буштрук,
Рецензенты: заведующий кафедрой «Электротехника
и нетрадиционная энергетика»
Абакумов Александр Михайлович,
д. т. н., профессор, СамГТУ;
директор ИТТС, профессор,СамГУПС
Валиуллин Рушан Габдуллович
Под редакцией ….
Подписано в печать 00. 00. 15. Формат 60x84 1/16.
Бумага писчая. Печать оперативная. Усл. п. л. ____.
Тираж 100. Заказ № 000.
© Самарский государственный университет путей сообщения, 2015
Анализ сау электропривода в среде VisSim введение
Большая часть рабочих машин и механизмов приводится в действие электроприводами (ЭП). В настоящее время, благодаря высокому уровню развития В техники электропривод выполняют в виде автоматизированного электропривода (АЭП)
С помощью АЭП осуществляют необходимые перемещения в станках, различных перерабатывающих машинах, транспортных средствах, в подъемных установках и т. д. Более половины производимой электроэнергии потребляется ЭП. Особенность АЭП состоит в том, что преобразование информации, необходимой для управления потоками энергии, осуществляется автоматически. Благодаря применению АЭП человек освобождается не только от тяжелого физического труда, но с него снимаются также функции соответствующей переработки информации. В результате достигается улучшение условий груда занятых в производственном процессе людей, а также наблюдается значительный рост эффективности производства.
Развитие и совершенствование современного АЭП определяется, прежде всего, прогрессивными решениями в области новых типов электромеханических преобразователей и совершенствованием традиционных электрических машин, развитием силовой преобразовательной техники и электроники, новыми достижениями в теории автоматического управления.
Цели и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе, требования к уровню освоения содержания дисциплины
Цели и задачи изучения дисциплины
Цель дисциплины – формирование у обучаемых теоретических и практических знаний в области построения систем электроприводов производственных механизмов на предприятиях железнодорожного транспорта с использованием различных электродвигательных устройств и преобразователей, изучение методов расчета и проектирования современных систем электропривода.
Задачи дисциплины: создание у студентов ясного представления о роли и месте электропривода в современной технике и, в частности, в производственных механизмах на предприятиях железнодорожного транспорта; основных задачах, возникающих при разработке современных систем автоматизированного электропривода; принципах построения, расчета и проектирования электроприводов; физических процессах в электроприводах с различными двигателями.
Требования к уровню подготовки студента, завершившего изучение данной дисциплины
Изучив дисциплину:
студент должен знать механические характеристики производственных механизмов и электроприводов с различными двигателями; принципы построения и методику проектирования автоматизированных электроприводов; методику выбора приводных двигателей различных производственных механизмов;
студент должен уметь рассчитывать требуемую мощность двигателя для различных производственных механизмов; выбирать рациональный тип электропривода с учетом заданных требований к его статическим и динамическим свойствам; выполнять расчеты по анализу статических и динамических характеристик электропривода;
студент должен приобрести навыки расчета мощности электропривода, выбора типа электродвигателя, регулирования основных координат электропривода.
Краткая характеристика дисциплины, её место в учебном процессе
Основным средством приведения в движение рабочих машин является электрический двигатель и, соответственно, основным типом привода служит электрический привод. Повсеместное использование электропривода в промышленности и железнодорожном транспорте определяет важность изучения этой дисциплины для освоения последующих дисциплин по данной специальности. Вопросы построения и эксплуатации электроприводов различных механизмов в производственных процессах предприятий железнодорожного транспорта являются важными для изучения последующих дисциплин.
Согласно ГОС курс имеет следующее содержание: электропривод как система; структурная схема электропривода; механика силового канала электропривода; уравнения движения; физические процессы в электроприводах с двигателями постоянного тока, асинхронными и синхронными; управление основными координатами электропривода; элементы информационного канала электропривода; синтез структур и параметров электропривода; проектирование электропривода. Вопросы устойчивости систем электропривода.
Усвоение основных положений курса во многом определяет квалификационную характеристику инженера на железнодорожном транспорте. Востребованность и успешность производственной деятельности инженера базируется на его готовности к квалифицированной эксплуатации электроприводов технологических установок на железнодорожном транспорте.
1.4. Связь с предшествующими дисциплинами
Физика. Вращение твердого тела. Электрический ток. Электромагнетизм.
Теоретические основы электротехники. Анализ переходных процессов классическим и операторным методами.
Электрические машины. Принцип действия, конструкция и характеристики электрических машин.
Теория автоматического управления. Типовые звенья САУ, их передаточные функции. Частотные и переходные характеристики. Устойчивость САУ.
1.5. Связь с последующими дисциплинами
Системы управления электроподвижным составом.
Электрооборудование электроподвижного состава.
1. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ОСНОВАМ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Основные понятия и определения
Электрический привод – является электромеханической системой, которая обеспечивает движение исполнительных (рабочих) органов рабочих машин и механизмов и управление этим движением. Структурная схема ЭП дана на рисунке 1.
Рисунок 1- Блок-схема системы электропривода
Элементы на блок-схемы имеют следующее функциональное назначение: ИЭ – источник энергии, СП – силовой преобразователь, ЭД – электродвигатель, ПУ – передаточное устройство, ИО – исполнительный орган, БУ – блок управления. Совокупность силового преобразователя и блока управления является системой управления (СУ) – СП + БУ = СУ. Совокупность силового преобразователя, блока управления, электродвигателя, передаточного устройства образует, собственно, электропривод (ЭП). СП – преобразует поступающую электроэнергию на ЭД в соответствии с требуемыми параметрами. БУ – осуществляет функции управления и автоматизации ЭП, вырабатывает сигнал управления UУ в соответствии с задающим сигналом UЗ; регулирует работу всех блоков ЭП, изменяет мощность на валу рабочего механизма, значение и частоту напряжения, схему включения ЭД, направление вращения ЭД и т. д. ПУ служит для изменения скорости до значения, необходимого исполнительному органу рабочей машины.
Классификация электроприводов
Согласно ГОСТ ЭП классифицируются по следующим признакам [5]:
1. По количеству и связи рабочих (исполнительных) органов: а) индивидуальный. б) групповой, в)взаимосвязанный, г) многодвигательный.
2. По типу управления и задаче управления: а) автоматизированный ЭП, б) программно-управляемый ЭП, в)следящий ЭП, г) позиционный ЭП, д) адаптивный ЭП.
3. По характеру движения: а)вращательный ЭП, б) линейный ЭП, в) дискретный ЭП.
4. По наличию и характеру передаточного устройства: а) редукторный ЭП, б) электрогидравлический с гидравлическим ПУ, в) магнитогидродинамический ЭП.
5. По роду тока: а) переменного тока, б) постоянного тока.
6. По важности выполняемых операций: а) главный ЭП, б) вспомогательный ЭП.
Выбор ЭД. Режимы работы ЭД. Выбор мощности
Выбор ЭД является ответственным этапом в проектировании ЭП. От правильного выбора ЭД зависит не только экономичность ЭП, но и экономичность и надежность технологической установки (технологического процесса, рабочего механизма). Выбор ЭД предусматривает: 1) выбор рода тока и номинального напряжения, с учетом, что асинхронные двигатели являются самыми простыми, надежными; двигатели постоянного тока – самыми дорогими и сложными в эксплуатации; 2) выбор номинальной частоты вращения; 3) выбор конструктивного исполнения ЭД с учетом: а) защиты его от воздействия окружающей среды, б) способа охлаждения, в) способа монтажа и эксплуатации.
Режимы работы ЭП стандартизованы. Режим работы ЭД определяет характер изменения нагрузки. Режим работы ЭП (ЭД) – это определенный порядок чередования периодов, характеризуемых величиной и продолжительностью нагрузки, отключений, торможения, пуска и реверса за время работы. Для учета изменения нагрузки рассчитывают и строят нагрузочные диаграммы, которые являются зависимостью мощности, тока или вращающего момента двигателя от времени.
Различают следующие основные режимы работы ЭД: продолжительный (S1), кратковременный (S2) и повторно-кратковременный (S3). Продолжительный режим работы ЭД может быть при постоянной (вентиляторы, центробежные насосы, транспортеры) или переменной (ЭП металлорежущих станков) нагрузках. При постоянной нагрузке температура нагрева ЭД постепенно достигает установившегося значения, при котором двигатель может работать долгое время.