Содержание

Лабораторная работа№1 Режимы работы электропривода, электродвигателя……………………………………………………………..…….3

Лабораторная работа №2 Регулирование скорости вращения асинхронных двигателей,………………………………………………………………………….19

Лабораторная работа №3 Регулирование работы электродвигателя прямого привода технологии Direct Drive LG…………………………………...…………35

Лабораторная работа №4 Принцип работы и функционирование систем управления и контроля в технике………………………………………………….51

Лабораторная работа №5 Принцип работы и функционирование систем управления и контроля в технике…………………………………………...…….59

Лабораторная работа №1

Режимы работы электропривода, электродвигателя

Цель: Изучить режимы работы электропривода и электродвигателя.

Задачи: Ознакомиться с режимами работы электропривода и электродвигателя.

I Электропривод

1 Общие сведения

Электропривод - это управляемая электромеханическая система. Её назначение - преобразовывать электрическую энергию в механическую и обратно и управлять этим процессом.

Электропривод имеет два канала - силовой и информационный (рис.1.1). По первому транспортируется преобразуемая энергия (широкие стрелки на рис. 1.1), по второму осуществляется управление потоком энергии, а также сбор и обработка сведений о состоянии и функционировании системы, диагностика ее неисправностей (тонкие стрелки на рис. 1.1).

Рис. 1.1. Общая структура электропривода

Силовой канал в свою очередь состоит из двух частей - электрической и механической и обязательно содержит связующее звено- электромеханический преобразователь.

В электрическую часть силового канала входят устройства ЭП, передающие электрическую энергию от источника питания (шин промышленной электрической сети, автономного электрического генератора, аккумуляторной батареи и т.п.) к электромеханическому преобразователю ЭМП и обратно и осуществляющие, если это нужно, преобразование электрической энергии.

Механическая часть состоит из подвижного органа электромеханического преобразователя, механических передач и исполнительного органа установки, в котором полезно реализуется механическая энергия.

Электропривод взаимодействует с системой электроснабжения или источником электрической энергии, с одной стороны, с технологической установкой или машиной, с другой стороны, и наконец, через информационный преобразователь ИП с информационной системой более высокого уровня, часто с человеком - оператором, с третьей стороны (рис. 1.1).

Можно считать, что электропривод как подсистема входит в указанные системы, являясь их частью. Действительно, специалиста по электроснабжению электропривод обычно интересует как потребитель электроэнергии, технолога или конструктора машин - как источник механической энергии, инженера, разрабатывающего или эксплуатирующего АСУ, - как развитый интерфейс, связывающий его систему с технологическим процессом или системой электроснабжения.

Практически все процессы, связанные с механической энергией, движением, осуществляются электроприводом. Исключение составляют лишь автономные транспортные средства (автомобили, самолеты, некоторые виды подвижного состава, судов), использующие неэлектрические двигатели. В относительно небольшом числе промышленных установок используется гидропривод, еще реже - пневмопривод.

Столь широкое, практически повсеместное распространение электропривода обусловлено особенностями электрической энергии - возможностью передвигать ее на любые расстояния, постоянной готовностью к использованию, легкостью превращения в любые другие виды энергии.

Сегодня в приборных системах используются электроприводы, мощность которых составляет единицы микроватт; мощность электропривода компрессора на перекачивающей газ станции - десятки мегаватт, т.е. диапазон современных электроприводов по мощности превышает 10¹². Такого же порядка и диапазон по частоте вращения: в установке, где вытягиваются кристаллы полупроводников, вал двигателя должен делать 1 оборот в несколько десятков часов при очень жестких требованиях к равномерности движения; частота вращения шлифовального круга в современном хорошем станке может достигать 150000 об/мин.

Но особенно широк - безгранично широк - диапазон применений современного электропривода: от искусственного сердца до шагающего экскаватора, от вентилятора до антенны радиотелескопа, от стиральной машины до гибкой производственной системы. Именно эта особенность - теснейшее взаимодействие с технологической сферой - оказывала и оказывает на электропривод мощное стимулирующее влияние. Непрерывно растущие требования со стороны технологических установок определяют развитие электропривода, совершенствование его элементарной базы, его методологии. В свою очередь, развивающийся электропривод положительно влияет на технологическую сферу, обеспечивает новые, недоступные ранее возможности.

С энергетической точки зрения электропривод - главный потребитель электрической энергии: сегодня в развитых странах он потребляет более 60% всей производимой электроэнергии. В условиях дефицита энергетических ресурсов это делает особенно острой проблему энергосбережения в электроприводе и средствами электропривода.

Специалисты считают, что сегодня сэкономить единицу энергетических ресурсов, например 1т условного топлива, вдвое дешевле, чем ее добыть. Нетрудно видеть. что в перспективе это соотношение будет изменяться: добывать топливо становится всё труднее, а запасы его всё убывают.

2 Классификация электроприводов

В настоящее время существует огромное количество разновидностей электроприводов. Их можно в первом преближении разделить на группы по следующим основным признакам.

Классификация электроприводов по характеру движения:

поступательного и вращательного движения;

регулируемые и нерегулируемые;

непрерывного и дискретного действия;

однонаправленные и двунаправленные (реверсивные);

вибрационные (реализующие возвратно-поступательное движение).

Классификация электроприводов по числу используемых электродвигателей:

групповые электроприводы;

индивидуальные;

взаимосвязанные электроприводы.

Групповой электропривод содержит один электродвигатель, приводящий в движение несколько исполнительных механизмов одной рабочей машины или один исполнительный механизм нескольких рабочих машин. Индивидуальный электропривод содержит один электродвигатель, приводящий в движение один исполнительный механизм рабочей машины.

Взаимосвязанный электропривод содержит два и более электродвигателей, приводящих в движение один и более исполнительных механизмов. При этом, если электродвигатели связаны между собой механически (работают на 1 вал), то электропривод называют многодвигательным. Если же электродвигатели связаны только электрическими цепями, то электропривод называют электрическим валом.

Классификация электроприводов по виду электрического силового преобразователя:

• управляемые и неуправляемые;

• с выпрямителем или инвертором;

• с преобразованием напряжения или частоты;

• со звеном постоянного или переменного тока , или их совокупностью.

Также весьма разнообразна элементная база силовых преобразователей: электромашинные системы, магнитные усилители, ионные и полупроводниковые элементы. Благодаря вышеотмеченномы рознообразию видов электропривода, он получил широкое применение во всех сферах человеческого общества, начиная от промышленного производства и до бытовых сфер. Этим и определяется исключительно большой диапазон мощностей электроприводов — от долей Вт до десятков МВт. Такие электроприводы применяются в газо- и нефтеперекачивающих станциях, прокатных станах, конвейерах, металлорежущих станках и т.д. В основном, предпочтение в таких случаях отдается индивидуальному автоматизированному электроприводу.

Преобразовательные устройства таких электроприводов выполняются на базе генераторов постоянного тока, полупроводниковых преобразователей напряжения и частоты, позволяя обеспечить широкие возможности регулирования потока электрической энергии, поступающей в электродвигатели.

Управляющие устройства электропривода построены в основном на микроэлектронной базе, а иногда включают в себя и управляющую вычислительную машину. Такая же база применяется в робототехнике, манипуляторах, станках с ЧПУ и т.д..

3 Режимы работы электропривода

продолжительный номинальный режим работы электропривода. Продолжительным называется режим работы электропривода при неизменной номинальной нагрузке, продолжающейся столько времени, что превышение температуры Т электродвигателя над температурой окружающей среды Т0 достигает установившегося значения. В этом режиме работают вентиляторы, насосы, компрессоры, действующие непрерывно с неизменной нагрузкой.

Если машина работает в продолжительном режиме с практически неизменной нагрузкой, то мощность электродвигателя этой машины определится уравнением, приводимым в справочниках соответствующих механизмов. По данным расчета выбирают электродвигатель единой серии ближайшей большей мощности для продолжительного режима работы с учетом исполнения и угловой скорости вала электродвигателя.

Кратковременный номинальный режим работы электропривода. Кратковременным называется режим работы электропривода, при котором периоды номинальной нагрузки чередуются с периодами отключения, за время которых электродвигатель успевает охладиться до температуры окружающей среды.

ГОСТ предусматривает номинальный кратковременный режим работы электродвигателя продолжительностью 10, 30, 60, 90 мин.

В кратковременном режиме работают вспомогательные электроприводы металлорежущих станков, машины малой механизации в промышленности, электрифицированные инструменты, электроприводы машин бытового назначения.

Мощность электродвигателя для привода машины, работающей в кратковременном режиме, рассчитывается методом эквивалентных величин (тока, момента) по уравнениям, данные для которых принимают из нагрузочной диаграммы технологической машины.

Нагрузочной диаграммой называется график, определяющий зависимость тока, мощности или момента электродвигателя от времени его действия.

Определение мощности электродвигателя методом эквивалентного тока возможно в том случае, если нагрузочная диаграмма электродвигателя представлена зависимостью тока от времени.

Если магнитный поток электродвигателя постоянный (синхронные, асинхронные и двигатели постоянного тока с параллельным возбуждением), то мощность электродвигателя определится методом эквивалентного момента. Через эквивалентные ток и момент определяют мощность электродвигателя по уравнениям. По данным расчета из каталога выбирают электродвигатель единой серии ближайшей большей мощности для кратковременного режима с периодом нагрузки и с учетом исполнения и угловой скорости вала электродвигателя.

Повторно-кратковременный номинальный режим работы электропривода. Повторно-кратковременным называется режим работы электропривода, при котором периоды номинальной нагрузки чередуются периодами отключения электродвигателя. При этом превышение температуры электродвигателя за время периода нагрузки не достигает установившегося значения. А за время периода отключения электродвигатель не успевает охладиться до температуры окружающей среды.

Сравнительно большая группа технологических машин работает в повторно-кратковременном режиме. Это подъемно-транспортные машины, прессы, швейные машины, металлообрабатывающие станки, стиральные машины, центрифуги.

Повторно-кратковременный режим характеризуется продолжительностью включения электродвигателя — ПВ. Определяют ПВ из нагрузочной диаграммы, как отношение времени нагрузки электродвигателя ко времени цикла.

ГОСТ предусматривает номинальный повторно-кратковременный режим работы электродвигателя с ПВ=15, 25, 40, 60% и циклом tц продолжительностью 10 мин. Если цикл превышает 10 мин, то режим работы электродвигателя следует считать продолжительным.

Электропривод технологических машин предприятий бытового обслуживания, работающих в повторно-кратковременном режиме, осуществляется асинхронными короткозамкнутыми электродвигателями. Расчет мощности этих электродвигателей методом эквивалентного момента или мощности обеспечит положительные результаты только в том случае, если исключить частый пуск электродвигателя, т. е. считать, что в момент паузы электродвигатель работает в режиме холостого хода.

Методы эквивалентного момента и мощности не могут применяться для расчета электродвигателя с частым пуском и работающим в тормозных режимах.

При значении ПВ электродвигателя отличного от стандартного, следует делать пересчет мощности электродвигателя на ближайшую номинальную со стандартным ПВ. По данным расчета из каталога выбирают электродвигатель единой серии ближайшей большей мощности для повторно-кратковременного режима, соответствующего ПВ с учетом исполнения и угловой скорости вала электродвигателя.

II Электродвигатель

1 Общие сведения

Электродвигателем называют машину вращательного типа, преобразующую электрическую энергию в энергию работы (механическую). Без этих высокотехнологических машин сейчас сложно представить любое производство. Работа складской и бытовой техники невозможна без «скромного труженика» - электродвигателя. А остановка электромотора ведет к остановке всего производства.

Поэтому, что бы избежать такого коллапса, надо знать о свойствах и условиях эксплуатации отдельных видов электромоторов, а также проводить регулярный техосмотр. Эти меры позволят осуществить своевременный ремонт электродвигателей и избежать внезапной поломки. Если же замена оборудования неизбежна, то знание особенностей нужного электромотора облегчит процесс покупки. В этом случае найти решение проблемы, где купить электродвигатель, совсем не сложно.

Любой электродвигатель состоит из двух частей: из неподвижной (статора) и подвижной (ротора). На статоре расположена обмотка возбуждения, создающая магнитное поле, а ротор связан с механизмом, который нужно привести в движение.

     Различают электродвигатели постоянного и переменного тока.

Электродвигатели постоянного тока были разработаны и пущены в эксплуатацию еще в 19 веке. Их особенностью и главным преимуществом является возможность плавной регулировки частоты вращения в широком диапазоне. Электромоторы постоянного тока используют в качестве тягловых (привода транспортных средств) и крановых двигателей (для привода подъемных средств). Сейчас этот вид двигателей стал менее популярен из-за небольшого срока эксплуатации щточного устройства и радиопомех.

Электродвигатели переменного тока широко применяются в наше время. Их главное достоинство – неприхотливость в использовании и простота устройства. Но частота вращения у такого электромотора практически не регулируется.

Они подразделяются на синхронные и асинхронные. Скорость вращения синхронных двигателей находится в постоянном отношении к частоте электрической сети, асинхронных в непостоянном.

Синхронные электромоторы применяются, в основном, в качестве генераторов и двигателей в таких крупных установках, как привод поршневых компрессоров или гидравлических насосов.

Асинхронные широко используют не только в промышленности (трехфазные), но и в бытовой технике (однофазные). Это самый распространенный вид электромоторов, в зависимости от пусковых характеристик они могут применяться в условиях как умеренного, так и тропического или северного климата.

Производством такой техники в России занимается целый ряд предприятий. Купить электродвигатель можно с помощью фирм-посредников, напрямую с завода или по частным объявлениям, таким как – «продам электродвигатели». Можно также самому подать объявления, к примеру, «покупаем электродвигателя».

2 Типовые режимы работы электродвигателя

Режимы работы электродвигателей

Для приведения в движение различных промышленных и не только механизмов зачастую применяют асинхронные электродвигатели. Для каждого механизма определен свой режим работы, и соответственно подбор электродвигателя должен производиться с учетом режима, в котором последний и будет работать. Существует несколько режимов работы электромоторов: Продолжительный режим работы S1 Работа электродвигателя при неизменной нагрузке Р и потерях Рvдостаточно длительное время для достижения установившейся (неизменной) температуры всех его частей (Θmax). Номинальная мощность электродвигателей, указанная в таблицах Технических данных электродвигателей, соответствует длительному режиму работы S1. Кратковременный режим работы S2 Работа электродвигателя при неизменной нагрузке Р в течение времени Δtp, недостаточного для достижения установившейся температуры всеми частями электродвигателя, после чего следует остановка электрической машины на время, достаточное для охлаждения всех частей электромотора до температуры, не более чем на 2°С превышающей температуру окружающей среды.Мощность электродвигателя в кратковременном режиме S2 ориентировочно можно определить по формуле:  , где: PS1 - номинальная мощность двигателя в длительном режиме S1; Т - постоянная времени нагрева электродвигателя. При этом необходимо соблюдать условие: Периодический повторно-кратковременный режим работы S3 Последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает время работы при неизменной нагрузке, за которое электродвигатель не нагревается до установившейся температуры, и время стоянки, за которое электродвигатель не охлаждается до температуры окружающей среды. При этом потери при пуске не оказывают влияния на температуру частей машины.  Мощность электродвигателя в повторно-кратковременном режиме ориентировочно можно определить по формуле:    где: β0 - коэффициент уменьшения теплоотдачи при стоянке электромотора; К0 - отношение потерь холостого хода к потерям при нагрузке; ПВ - относительная продолжительность включения, %. Периодический повторно-кратковременный режим  с влиянием пусковых процессов S4 Последовательность идентичных режимов работы, каждый из которых включает время пуска ΔtD время работы при постоянной нагрузке ΔtP, за которое электродвигатель не нагревается до установившейся температуры, и время стоянки ΔtR, за которое двигатель не охлаждается до температуры окружающей среды. Допустимое число пусков в час электродвигателя, имеющего динамический момент инерции ротора JM, кг·м2, работающего в режиме S4 со статической нагрузкой на валу, определяемой мощностью Р2, кВт, и динамической нагрузкой, определяемой динамическим моментом инерции приводимой машины JEXT, кг·м2, ориентировочно можно определить по формулам:    где: Z0 - допустимое число пусков в час электродвигателя без статической и динамической нагрузки на валу; mСТ.СР - относительное значение среднего за время разгона статического момента на валу двигателя; mД.СР - относительное значение среднего за время разгона момента вращения электродвигателя. Периодический повторно-кратковременный режим с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S5 Режим, включающий в себя те же элементы, что и S4 с дополнительным периодом ΔtF быстрого электрического торможения. Применительно к нашим изделиям этот режим относится к двигателям для привода лифтов. Время разгона двигателя ΔtD, с, до номинальной скорости вращения определяется по формуле: Перемежающийся режим работы S6 Последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает время работы ΔtP с постоянной нагрузкой Р и время работы на холостом ходу ΔtV, при чём длительность этих периодов такова, что температура двигателя не достигает установившегося значения.Мощность двигателя, работающего в режиме S6, ориентировочно можно определить по формуле: При этом необходимо соблюдать условие: Периодический перемежающийся режим с влиянием пусковых процессов  и электрическим торможением S7 Последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает достаточно длительное время пуска ΔtD, время работы ΔtP с постоянной нагрузкой и быстрое электрическое торможение ΔtF. Так как режим не содержит пауз, то для него ПВ = 100%. Если электрическое торможение осуществляется реверсированием, то следует иметь в виду, что один реверс в тепловом отношении эквивалентен трем пускам. Параметры режима S7 для работы в конкретных условиях могут быть определены по запросу. Периодический перемежающийся режим с  периодически изменяющейся частотой вращения S8 Это последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает время разгона ΔtD, работу ΔtP1 с неизменной нагрузкой и частотой вращения n1, электрическое торможение, работу ΔtP2 при другой частоте вращения n2 и нагрузке, электрическое торможение и т.д. Параметры режима S8 для работы в конкретных условиях могут быть определены по запросу.

Выводы: В ходе лабораторной работы были изучены режимы работы электропривода, а также электродвигателя.

Библиографический список

1. Бытовые машины и приборы. Часть 1. Учебное пособие для студентов Б.Е. Кочегаров, В.В. Лоцманенко, Г.В. Опарин. – Владивосток: ДВПИ им. В.В. Куйбышева, 2003 – 178 С.

2. Классификация электродвигателей [Сайт], URL: http://elektrodvigateli.io.ua/s213871/klassifikaciya_elektrodvigateley, (дата обращения 20.10.2013).

3. Режим работы электропривода [Сайт], URL: http://domremstroy.ru/elektro/eo15.html, (дата обращения 20.10.2013).

Лабораторная работа №2

Режимы работы асинхронных двигателей

Цель: Изучить режимы работы асинхронных двигателей.

Задачи: Ознакомиться с режимами работы асинхронных двигателей.