Электрический привод методические указан6ия по изучению курса и выпо

мание следует уделить анализу переходных процессов при ω0 = f(t), изменении магнитного потока двигателя независимого возбуждения. Необходимо обратить внимание на то обстоятельство, что при линейном изменении во времени скорости идеального холостого хода ω0 динамический момент определяется темпом изменения ω0 (т.е. напряжения или частоты преобразователя).

Литература: [1. гл. 2, § 2.5; 2.6; 2.7; гл. 4, § 4.8]; [2. гл. 7, § 7.2; 7.3; 7.4; 7.5; 7.6; гл. 8, § 8.1; 8.2]; [3. разд. 2–6, § 4].

5. Регулирование координат электроприводов

Цели и задачи регулирования координат (переменных). Основные показатели способов регулирования координат (точность, диапазон, плавность, динамические показатели качества, экономичность, допустимая нагрузка).

Регулирование при постоянном моменте и постоянной мощности (две зоны регулирования). Системы УП–Д (управляемый преобразователь – двигатель).

Регулирование скорости двигателей постоянного тока изменением подводимого напряжения и изменением магнитного потока, изменением сопротивления в якорной цепи.

Система генератор – двигатель (Г–Д). Принципиальная схема системы, ее элементы. Основные уравнения, статические механические характеристики, режимы работы, торможение, регулирование скорости. Расчет статических механических характеристик. Достоинства и недостатки системы. Основные технико-экономические показатели.

Система тиристорный преобразователь – двигатель (ТП–Д). Принципиальная схема системы, ее элементы. Временная диаграмма выпрямленного напряжения. Основные уравнения. Статические механические характеристики. Причины возникновения прерывистых токов, режимы работы, торможение и реверсирование двигателя при одном и двух комплектах вентилей (тиристоров). Статические механические характеристики реверсивной системы ТП–Д. Расчет статических механических характеристик. Коэффициент мощности и основные технико-экономические показатели системы.

11

Законы частотного управления асинхронным электроприводом. Статические механические характеристики асинхронного электропривода при частотном управлении, компенсация падений напряжения. Система ПЧ–АД при электромашинном и статическом (тиристорном или транзисторном) преобразователях частоты. Основные технико-экономические показатели системы ПЧ–АД.

Электропривод переменного тока с вентильным двигателем. Назначение датчика положения ротора и его принципиальное устройство. Механические характеристики вентильного двигателя. Области его применения и перспективы.

Принцип регулирования скорости АД в каскадных схемах и понятия об электрическом и электромеханическом каскадах. Каскад с АД, работающим в режиме двойного питания. Распределение потоков мощности при работе с нижесинхронной и сверхсинхронной скоростью

вслучае активного и реактивного момента сопротивления. Каскады АД

смашинойпостоянного токаивентильнымпреобразователем.

Методические указания

Главной задачей при изучении данного раздела курса является усвоение основных способов регулирования скорости и физических свойств регулируемого по скорости электропривода. Необходимо хорошо усвоить все показатели, которыми характеризуются различные способы регулирования скорости. При изучении системы ГД следует уяснить, что основным способом торможения двигателя в ней является торможение с рекуперацией энергии в сеть, что достигается при ослаблении магнитного потока генератора, питающего двигатель, или когда скорость двигателя становится больше скорости идеального холостого хода (при активной нагрузке). Нужно понять, какая энергия отдается в сеть в этом тормозном режиме в случае гонного асинхронного двигателя и в случае синхронного гонного двигателя, а также какая энергия потребляется.

При изучении регулирования скорости электроприводов постоянного тока с вентильными преобразователями следует обратить внимание на то, что в реверсивных электроприводах с двумя комплектами вентилей основным способом торможения двигателя является торможение с рекуперацией энергии в сеть. При этом следует иметь в виду,

12

что для получения такого тормозного режима еще недостаточно того, чтобы скорость двигателя стала больше скорости идеального холостого хода. Для осуществления режима рекуперативного торможения необходимо заставить преобразователь выпрямлять не положительные, а отрицательные полуволны напряжения, т.е. перевести его в инверторный режим. Нужно хорошо разобраться, почему это следует делать. Следует понять, почему при малых нагрузках в случаях нереверсивного (однокомплектного) преобразователя возникает зона прерывистых токов, а при обычных, нормальных нагрузках прерывистые токи отсутствуют, так же как и в случае двухкомплектного преобразователя. Необходимо понятьпричину появленияуравнительных токов.

Очень внимательно следует подойти к изучению вопросов частотного регулирования скорости асинхронного электропривода. Следует понять, почему нужно компенсировать падение напряжения на обмотках статора и ротора АД.

При изучении материала по регулированию скорости АД в каскадных схемах нужно хорошо разобраться в сущности этого способа регулирования скорости, его возможностях, областях применения, особенно вслучае каскада АД, работающегов режимедвойногопитания.

Литература: [1. гл. 3, § 3.1; § 4.3; § 4.6; § 4.7; § 4.13; § 4.14; § 4.15; гл. 5, § 5.2; 5.3; 5.4; 5.6; 5.8; гл. 6, § 6.6]; [2. гл. 4, § 4.1; 4.2; 4.4; 4.8; 4.10; 4.12; 4.13; 4.14; 4.16].

6.Нагревание электродвигателей и их выбор по мощности

6.1.Основы теории нагрева электрических машин

Общие сведения о нагревании двигателей и ограничения, накладываемые на процесс нагрева. Перегрузочная способность двигателей, классы изоляции обмоток двигателей. Нагрузочные диаграммы электроприводов. Номинальные режимы работы электродвигателей (S1–S8) и их характеристики. Нагревание и охлаждение двигателей при длительном режиме работы (S1) с номинальной нагрузкой. Нагревание двигателей при кратковременном (S2) режиме работы. Нагревание двигателейпри повторно-кратковременном (S3) режиме работы.

13

Методические указания

При изучении данного раздела необходимо твердо усвоить, какие существуют номинальные режимы работы (нагрузки) двигателей, уметь по нагрузочной диаграмме электропривода определять режим работы конкретного электропривода.

Следует иметь четкое представление о перегрузочной способности различных типов двигателей (по нагреву, току, моменту), от чего она зависит, чем определяется и ограничивается. Необходимо запомнить классы изоляции обмоток двигателей, знать предельно допустимую температуру нагрева для каждого класса изоляции.

Необходимо понять и усвоить методику анализа процессов нагрева и охлаждения электрических машин при различных режимах их нагрузки и уметь определять, с какой термической и механической перегрузкой могут работать двигатели длительного режима при использовании их в кратковременном и повторно-кратковременном режимах.

Литература: [1. гл. 9, § 9.1; 9.2; 9.3]; [2. гл. 9, §9.3; 9.4].

6.2. Методы проверки допустимой нагрузки электродвигателей и выбор их по мощности.

Выбор преобразователей

Предварительный выбор мощности двигателя. Проверка допустимой нагрузки по методу средних потерь. Определение потерь и КПД двигателя при номинальной и неноминальной нагрузках. Проверка допустимой нагрузки двигателей по методу эквивалентных величин (тока, момента, мощности).

Выбор мощности двигателей при длительном режиме работы с неизменной нагрузкой. Выбор мощности двигателей при кратковременном (S2) и повторно-кратковременном (S3) режимах работы. Пересчет мощностиприпереходеотодногорежимаработы кдругому.

Определение допустимого числа включений в час к.з. АД при повторно-кратковременном режиме работы.

Выбор двигателей для работы в режимах S4–S8. Выбор преобразователей.

14

Методические указания

Обычно мощность двигателя для конкретного механизма выбирается предварительно по нагрузочной диаграмме механизма, затем проверяется правильность этого выбора. С этой целью рассчитываются переходные процессы и строится нагрузочная диаграмма электропривода, которая и является основой проверки.

При изучении данного раздела курса следует хорошо разобраться в существующих методах проверки допустимой нагрузки двигателей, знать, когда целесообразно применить тот или иной метод. Необходимо обратить внимание на то, что если фактический режим работы электропривода при повторно-кратковременной нагрузке отличается

от стандартного (ПВ%факт ≠ ПВ%станд), то следует пересчитывать мощность двигателя на ПВ% стандартную.

Нужно также обратить внимание на то, почему нецелесообразно использование двигателей длительного режима работы в кратковременном или повторнократковременном режимах, почему проверка мощности предварительно выбранного к.з. АД, предназначенного для работы при большом числе включений в час, по методам эквивалентных величин не дает правильных результатов и приходится определять допустимое число включений в час.

Литература: [1. гл. 9, § 9.1; 9.2; 9.3]; [2. гл. 9, § 9.5; 9.6; 9.7; 9.8].

7. Автоматическое управление электроприводами

Принципы автоматизации процессов пуска, торможения и реверсирования двигателей. Типовые узлы схем автоматического управления пуском, торможением и реверсом двигателей.

Методические указания

При изучении данного раздела следует хорошо разобраться в типовых схемах пуска и торможения двигателя независимого возбуждения вфункции времени и функции ЭДС, пуска двигателя последовательного возбуждения в функции тока, а также в схемах управления пуском к.з. АД с использованием магнитного пускателя, прямого пуска и дина-

15

мического торможения в функции времени. Также следует понять работу схем пуска АД с фазным ротором в функции времени и тока, а также торможением вфункции ЭДС ифункциискорости.

Литература: [1. гл. 10, § 10.7; 10.8; 10.9]; [2. гл. 10, § 10.1; 10.2; 10.3; 10.4; 10.5; 10.6].

8. Энергетика электроприводов

Потери энергии в установившихся режимах работы нерегулируемого и регулируемого электропривода (при пуске, торможении, реверсировании), питающегося от сети. Потери энергии при переходных режимах регулируемого и нерегулируемого электропривода. Способы уменьшения потерь энергии. Потери энергии при переходных режимах в системе преобразователь – двигатель.

Методические указания

При изучении данного раздела курса следует усвоить, от каких факторов зависят потери энергии в установившихся и переходных режимах, как влияет на величину потерь в этих режимах сопротивление цепей двигателя, статическая нагрузка, механическая инерция, скорость вращения двигателя, какие возможны способы локализации и снижения потерь при переходных режимах.

Следует понять, почему возможно снижение потерь энергии выбором рационального закона управления, применением специальных двигателей, понять, как в системе УП–Д потери энергии при пуске зависят от темпа линейного (система ТП–Д), экспоненциального (система Г–Д) нарастания ЭДС преобразователя или плавном изменении частоты подводимого к двигателю напряжения(системаТПЧ–АД).

Литература: [1. гл. 8, § 8.1; 8.2; 8.5]; [2. гл. 9,§ 9.2]; [5. гл. 9, § 9.3].

III.КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

Всоответствии с учебным планом по курсу «Электрический привод» выполняются два контрольных задания на темы:

1.Расчет параметров и характеристик электропривода постоянного тока с двигателем независимого возбуждения.

16

2. Расчет энергетики электропривода с двигателем постоянного тока независимого возбуждения и асинхронным двигателем с фазным ротором.

Контрольные задания выполняются в тетрадях или на стандартных листах писчей бумаги. Оформление работ, условные обозначения должны соответствовать ГОСТам, ЕСКД, расчеты необходимо вести в системе СИ.

При расчетах характеристик подробный расчет делается только для их характерных точек. Результаты остальных расчетов сводятся в таблицу. При оформлении работы требуется сначала написать расчетную формулу с расшифровкой буквенных обозначений, затем подставить численные значения входящих в нее величин, а далее – конечный результат суказанием размерности полученнойвеличины.

Расчетные формулы и другие материалы, взятые из литературных источников, следует давать со ссылкой на источник, указанный

вквадратных скобках номером, под которым этот источник значится

вперечне литературы.

Расчетные схемы, графики с характеристиками и диаграммы должны быть пронумерованы и иметь название. Страницы записки с расчетами также должны быть пронумерованы. Расчетные схемы, графики, диаграммы следует выполнять на миллиметровой бумаге. Причем все характеристики должны располагаться на одном графике(рисунке).

Данные для выполнения расчетных заданий студент находит самостоятельно в литературе.

Контрольные задания даны в 10 вариантах. Номер варианта указывается студенту на установочных занятиях, или, при отсутствии на занятии, студент выбирает его сам по последней цифре своей зачетной книжки.

1. Контрольное задание № 1

Для двигателя постоянного тока независимого возбуждения, тип

итехнические данные которого указаны в табл. 1, требуется:

1.Рассчитать и построить естественные электромеханическую

имеханическую характеристики в именованных и относительных единицах.

17

2.Рассчитать и построить искусственные электромеханическую

ω= f(Iя) и механическую характеристики ω = f(M), проходящие через точку с координатами ωи = a1·ωн, Mи = b1·Mн, где a и b – коэффициенты, значения которых приведены в табл. 2.

3.Определить величину сопротивления, которое необходимо ввести в цепь якоря для обеспечения работы двигателя в заданной точке.

4.Определить величину сопротивления, которое необходимо ввести в цепь якоря для снижения скорости до 0,5·ωн при номинальной нагрузке (номинальном токе и моменте), а также построить механическую характеристику, на которой двигатель будет работать

спониженной скоростью.

5.Рассчитать и построить искусственные электромеханическую и механическую характеристики при ослаблении магнитного потока на 50 %.

6.Рассчитать и построить искусственные электромеханическую и механическую характеристики при пониженном напряжении (U = = 0,3Uн), подводимом к якорю.

7.Рассчитать и построить механическую характеристику ω = f(M) при динамическом торможении, проходящую через точку ωи = a2·ωн, Mи = b2·Mн, а также определить величину тормозного сопротивления, на котороедолжен бытьзамкнутякорь двигателя.

8.Рассчитать величину тормозного сопротивления, которое следует включить в цепь якоря для перевода двигателя в режим проти-

вовключения при Iнач = Iдоп = 2Iн, ωнач = 0,9ωн

9.Определить скорость двигателя при рекуперативном спуске груза, если момент двигателя составляет M = 0,5Mн Двигатель работает на естественной характеристике.

10.Рассчитать и построить пусковую диаграмму двигателя при пуске в четыре ступени. Определить пусковое сопротивление и сопротивление ступеней.

18

Таблица 1

Примечание. Двигатели допускают увеличение скорости вращения в два раза за счет ослабления магнитного потока. При этой скорости максимальный момент не должен превышать 0,8Мн при Uн = 220 В и 0,64Мн при Uн = 440 В. Сопротивления обмоток даны при tо ср = 20 °C. Рабочая температура, при которой определяется сопротивление его обмоток, t = 150 °C. Число пар полюсов pп = 2.

19

Таблица 2

Методические указания

Методика расчета естественной и искусственных характеристик, пусковых, тормозных и регулировочных сопротивлений, скорости изложена в работах [1; 2; 3]. Ниже даны особые указания к отдельным пунктам задания.

1. Необходимо учесть, что в табл. 1 приведен номинальный ток двигателя, равный сумме номинальных токов якоря и возбуждения. Не следует вычитать из номинального тока ток возбуждения.

Сопротивление якоря приводится к рабочей температуре 150 °С:

2.Величины питающего напряжения и магнитного потока при выполнении пп. 2, 3, 4, 7, 8, 10 заданий принять номинальными.

3.К п. 5: напряжение питающей сети при расчетах принять номинальным, а Rдоб = 0.

4.К п. 6: магнитный поток при расчетах принять номинальным,

аRдоб = 0.

5.К п. 9: напряжение питания и магнитный поток при расчетах

принять номинальным, а Rдоб = 0.

6. К п. 10: пусковую диаграмму и сопротивления рассчитать графическим и аналитическим методами.

2. Контрольное задание № 2

Для двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ), основные технические данные которого приведены в табл. 1 первого контрольного задания и для асинхронного двигателя с фазным ротором серии МТН, основные технические данные которого приведены в табл. 3, требуется:

20