Электрический привод методические указан6ия по изучению курса и выпо

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский государственный технический университет»

Кафедра «Микропроцессорные средства автоматизации»

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД

Методические указания по изучению курса и выполнению контрольных заданий

Издательство Пермского государственного технического университета

2011

Составитель канд. техн. наук Б.М. Столбов

УДК 62-83-52(072.8) ББК 32.965.3я7

Э45

Рецензент д-р техн. наук, профессор Ю.Н. Хижняков

(Пермский государственный технический университет)

Э45 Электрический привод: метод. указания по изучению курса и выполнению контрольных заданий / сост. Б.М. Столбов. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2011. – 24 с.

Содержатся программа курса, методические указания по его изучению со ссылкой на литературные источники, освещающие отдельные разделы курса. Приведены варианты контрольных заданий, указания по их выполнению даны в виде, не требующем дополнительного привлечения специальной литературы.

Предназначено для студентов заочного отделения специальности «Электроснабжение».

УДК 62-83-52(072.8) ББК 32.965.3я7

© ГОУ ВПО «Пермский государственный

технический университет», 2011

3

I. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ КУРСА

Курс «Электрический привод» для студентов специальности «Электроснабжение» не является базовой, профилирующей дисциплиной, но необходимость его изучения и содержание определяются потребностями в знаниях его основ, так как специалисту по электроснабжению обязательно приходится иметь дело не только со специальным электрооборудованием систем электроснабжения, но и с электроприводами различных электротехнических устройств и приборов, имеющихся на электростанциях, подстанциях, промышленных предприятиях.

Необходимо иметь в виду, что электропривод является основным потребителем электроэнергии и знание, в каких элементах электропривода имеют место потери, способов уменьшения потерь и расхода электроэнергии электроприводами является весьма актуальным для специалиста по электроснабжению.

Цель курса «Электрический привод» – изучение общих физических свойств и характеристик электромеханических систем, главнейших теоретических и практических положений анализа и расчета систем электрического привода производственных механизмов, поведения электродвигателей совместно с этими механизмами в установившихся и неустановившихся режимах работы, вопросов регулирования координат (переменных) электропривода и выбора мощности электродвигателей и преобразователей, а также энергетики электропривода в указанных выше режимах работы.

В результате изучения этого курса студенты должны знать:

а) математическое описание и физические свойства механической части электропривода;

б) общие свойства электромеханических систем; (электромеханические свойства и характеристики электродвигателей в двигательном и тормозных режимах и расчет параметров электроприводов);

в) методы регулирования координат электроприводов; г) методы расчета и выбора мощности электродвигателей по ус-

ловиям нагрева и выбора преобразовательных устройств;

4

д) энергетику электроприводов в установившихся и неустановившихся режимах;

е) основные технико-экономические показатели различных систем электроприводов.

Кромеэтого, врезультатеизучения курсастудентыдолжныуметь: а) экспериментально исследовать электромеханические свойства

электроприводов в установившихся режимах работы; б) рассчитывать параметры, механические характеристики, пере-

ходные процессы и энергетику электроприводов; в) рассчитывать потребную мощность электродвигателей для про-

изводственных механизмов и выбирать тип электродвигателей, а также выбиратьсиловые преобразователи дляпитания электроприводов.

С учетом перечисленных требований задачами курса «Электрический привод» является формирование у студентов основных теоретических представлений и знаний по автоматизированному электроприводу, а также формирование практических навыков, необходимых для самостоятельного приобретения новых знаний в области автоматизированного электропривода. Еще одна задача курса для студентов – научиться квалифицированно взаимодействовать со специалистами смежных отраслей.

Курс «Электрический привод» рассчитан на изучение в течении одного семестра. Студенты-заочники выполняют два контрольных задания, охватывающих разделы программы, наиболее тесно связанные с профилирующими курсами по электроснабжению.

Во время зачетно-экзаменационной сессии студенты-заочники должны выполнить соответствующий учебному плану объем лабораторных работ.

II.ПРОГРАММА КУРСА

ИМЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ЕГО ИЗУЧЕНИЮ

1. Введение

Понятие об электроприводе, его назначение и функции. Структурная блок-схема современного автоматизированного электропривода. Типы электроприводов. Рольэлектропривода в народном хозяйстве.

5

Методические указания

При изучении материала, являющегося вводным в курс «Электрический привод», следует усвоить, что представляет собой современный автоматизированный электропривод производственных механизмов, какую роль он играет в народном хозяйстве (промышленности, транспорте и быту), каково его назначение и функции, какова его структура, из каких элементов он состоит и какие типы электроприводов существуют.

Литература: [1. гл. 1, § 1.1; 1.2]; [2. гл. 1, § 1.1; 1.2; 1.4; 2.3; 2.4].

2. Механика электропривода

Кинематическая схема электропривода, ее основные механические узлы. Силы и моменты, действующие в системе электропривода (активные и реактивные). Механические характеристики производственных механизмов (типовые нагрузки электроприводов).

Приведение моментов инерции J, моментов статического сопротивления Mc, статических усилий Fc, поступательно движущихся масс m, жесткостей упругих элементов C к расчетной скорости и составление расчетных схем механической части электропривода.

Уравнения движения и режимы работы электропривода как динамической системы – установившийся и переходный – и условия их существования.

Методические указания

При изучении данного раздела следует иметь в виду, что электропривод кроме электрической части включает в себя и механическую часть, которая передает механическую энергию от двигателя к исполнительному механизму и содержит звенья с общими для электроприводов функциями. Непосредственное представление о движущихся массах электропривода и механических связях между ними дает кинематическая схема. На примере несложной кинематической схемы нужно разобраться, из каких элементов она состоит, каковы связи между ними и почему необходимо реальную кинематическую схему при расчетах заменять расчетной схемой.

6

Следует четко уяснить, с какой целью при расчетах механической части электропривода осуществляется приведение к расчетной скорости J, Mc, Fc, m, C и как при этомучитываются потеривпередачах.

При изучении уравнений движения механической части электропривода, получаемых с помощью уравнения Лагранжа, следует хорошо разобраться, какими уравнениями описывается движение трех-, двух- и одномассовой систем, какие моменты действуют в этих системах, как из уравнений движения трехмассовой упругой механической системы можно получить уравнение двухмассовой системы и простейшей системы– жесткогоприведенногомеханического звена.

Следует четко представлять, что понимается в этих уравнениях

под J1, J2, J3, C12, C23, M12, M23.

Следует твердо запомнить основное уравнение движения жесткого приведенного механического звена, как определяется суммарный приведенный момент инерции этого звена и приведенный момент сопротивления.

Литература: [1. гл. 2, § 2.1; 2.2; 2.3]; [2. гл. 2, § 2.1; 2.2; 2.3; 2.4].

3.Электромеханические свойства

ихарактеристики электродвигателей

3.1.Общие сведения об электромеханическом преобразовании энергии

Электродвигатель как электромеханический преобразователь энергии.

Понятие об электрических и механических характеристиках электродвигателей и их жесткости. Ограничения, накладываемые на процессы преобразования энергии.

Методические указания

При изучении данного раздела необходимо уяснить, что входит в понятие электромеханический преобразователь энергии (ЭМП). Необходимо твердо уяснить, что представляют собой электромеханические и механические характеристики электродвигателей, что

7

понимается под жесткостью характеристики, как она определяется. Нужно иметь в виду, что знание механических характеристик необходимо для того, чтобы правильно выбрать тип двигателя для производственного механизма. Механические характеристики позволяют судить о том, как ведет себя электродвигатель при изменении нагрузки и параметров питающей сети.

Следует уяснить, какие ограничения накладываются на процессы преобразования энергии и почему.

Литература: [2. гл. 2, § 2.2].

3.2.Электромеханические свойства

ихарактеристики двигателей постоянного тока

Естественные и искусственные электромеханические и механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДНВ) при изменении параметров двигателя и питающей сети. Уравнения характеристик. Тормозные режимы ДНВ. Расчет естественной и искусственных механических характеристик. Расчет пусковых сопротивлений для якорной цепи ДНВ.

Естественная и искусственные электромеханические и механические характеристики двигателя последовательного возбуждения (ДПВ) при изменении параметров двигателя и питающей сети. Тормозные режимы ДПВ. Расчет искусственных характеристик ДПВ. Расчет пусковых сопротивлений для якорной цепи ДПВ.

Расчет тормозных сопротивлений длядвигателей постоянного тока.

Методические указания

При изучении данного раздела важным является уяснение свойств двигателей как электромеханических преобразователей энергии в двигательном и тормозных режимах. Следует хорошо представлять себе, как перевести двигатель из двигательного режима в тот или иной тормозной режим; какой должна быть схема и как это выглядит на графике механических характеристик. Надо четко представлять, почему необходимо ограничивать ток и момент двигателей при пуске и торможении, разобраться, в каких случаях целесообразен тот или иной способ торможения.

8

Литература: [1. гл. 4, § 4.1; 4.2; 4.3; 4.4; 4.12; 4.13; 4.15]; [2. гл. 3, § 3.1; 3.2; 3.3; 3.4; 3.5]; [3. гл. 2, § 5, 6, разд. 2–7; § 2 гл. Б; § 2.13; § 1; 3, разд. 2–15; § 1 гл. А, разд. 3–3; § 1; 2; 3; 4].

3.3.Электромеханические свойства

ихарактеристики электродвигателей переменного тока

Естественная механическая и электромеханическая характеристики асинхронного двигателя (АД). Схема замещения АД. Формула Клосса. Искусственные механические характеристики АД при изменении параметров двигателя и питающей сети.

Тормозные режимы АД (рекуперативное, противовключения, динамическое торможение с возбуждением постоянным током).

Особенности характеристик короткозамкнутых АД. Расчет естественной и искусственных механических характеристик АД. Расчет пусковых сопротивлений для роторной цепи АД.

Электромеханические свойства и характеристика синхронного двигателя (СД).

Методические указания

Методические указания по данному разделу курса в основном такие же, что и по предыдущему. Дополнительно можно сказать следующее. Необходимо твердо запомнить уравнение механической характеристики АД (формулу Клосса) и уметь пользоваться им при расчете статистических характеристик двигателя по его паспортным данным.

Следует разобраться и понять, как влияет индуктивное сопротивление ротора АД на величину начального тормозного момента

врежиме противовключения, а также понять, почему при введении

вцепь ротора добавочного активного сопротивления растет пусковой момент, несмотря на ограничение тока ротора. Следует также разобраться и понять, почему при уменьшении частоты напряжения, подводимого к статору АД (если оно постоянно), увеличивается критический момент, а при ее увеличении он уменьшается, почему может выйти из строя. АД при увеличении или уменьшении напряжения при постоянной нагрузке на валу.

9

При изучении электромеханических свойств синхронного двигателя следует повторить принцип его работы из курса электрических машин, ещеразуяснитьмеханизм образования синхронногомомента.

Литература: [1. гл. 5, § 5.1; 5.2; 5.3; 5.10; гл. 6, § 6.1; 6.2; 6.3; 6.4]; [2. гл. 3, § 3.7; 3.8; 3.9].

4.Переходные режимы электроприводов

4.1.Общие сведения о переходных режимах электроприводов

Понятие о переходных процессах электроприводов, факторы, влияющие на характер переходного процесса. Классификация переходных процессов. Оптимальные переходные процессы.

Уравнения электромеханического переходного процесса электропривода с линейной механической характеристикой при ω0 = const,

Mc = const.

4.2. Электромеханические переходные процессы

Переходный процесс электропривода с линейной механической характеристикой двигателя при одно- и многоступенчатом пуске

вслучае ω0 = const, Mc = const. Переходные процессы электропривода

слинейной механической характеристикой в тормозных режимах

при ω0 = const, Mc = const.

Переходные процессы электропривода с линейной характеристикой при ω0 = const, Mc = f(ω). Переходный процесс электропривода

слинейной характеристикой при ω0 = f(t), Mc = const (режим пуска). Переходный процесс электропривода с двигателем независимого

возбуждения при изменении магнитного потока и Mc = const.

Методические указания

При изучении электромеханических переходных процессов в электроприводах следует хорошо разобраться в методике их анализа и расчета, влияния на их длительность электромеханической и электромагнитной постоянных времени, характера Mc. Особое вни-

10