Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы электропривода. Лабораторный практикум. Учебное пособие
.pdf
Т. В. Бачило
Э. А. Петрович
ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
Допущено Министерством образования Республики Беларусь в качестве
учебного пособия для учащихся учреждений образования,
реализующих образовательные программы среднего специального
образования по специальностям «Городской электрический транспорт»,
«Автоматизированные электроприводы», «Монтаж
и эксплуатация электрооборудования», «Автоматизация
технологических процессов и производств», «Электроснабжение»
Минск
РИПО
2021
УДК 62-83(075.32)
ББК 31.291я723
Б32
А в т о р ы:
преподаватели филиала Белорусского национального
технического университета «Минский государственный
политехнический колледж» Т. В. Бачило, Э. А. Петрович
Рецензенты:
цикловая комиссия по специальностям «Мехатроника»,
«Автоматизация технологических процессов и производств»,
«Программируемые мобильные системы» УО «Минский
государственный колледж электроники» (А. И. Бабёр);
доцент кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных
установок и технологических комплексов» Белорусского
национального технического университета кандидат
технических наук, доцент О. Ф. Опейко
Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или
любой ее части не может быть осуществлено без разрешения издательства.
Выпуск издания осуществлен при финансовой поддержке Министерства
образования Республики Беларусь.
Бачило, Т. В.
Б32
Основы электропривода. Лабораторный практикум : учеб. пособие / Т. В. Бачило, Э. А. Петрович. – Минск : РИПО, 2021. –
83 с. : ил.
ISBN 978-985-7253-68-5.
Данное учебное пособие содержит методические указания для проведения практических и лабораторных работ. Практические работы предусматривают решение задач по темам типовой учебной программы учебной
дисциплины «Основы электропривода». Выполнение лабораторных работ
осуществляется на у чебно-лабораторном стенде НТЦ-25 «Основы электропривода и преобразовательной техники», изготовленном УП «НТП
«Центр» (г. Могилев).
Пердназначено для учащихся учреждений образования, реализующих
образовательные программы среднего специального образовани я.
УДК 62-83(075.32)
ББК 31.291я723
ISBN 978-985-7253 - 68-5 © Бачило Т. В., Петрович Э. А., 2021
© Оформление. Республиканский институт
профессионального образования, 2021
Современные машины и механизмы в большинстве случаев
приводятся в движение с помощью электропривода.
Электропривод (ЭП) – это электромеханическая система,
состоящая из силового преобразователя, электродвигателя, передаточного механизма и системы управления, предназначенная
для приведения в движение рабочих органов машин и механизмов и управления этим движением.
Сегодня используют ЭП, мощность которых составляет единицы микроватт. Мощность ЭП компрессора для перекачки
газа – десятки мегаватт, т. е. диапазон современных ЭП по мощности очень широк. Область применения ЭП ограничивается
только местом, где их использовать невозможно по внешним
причинам.
По виду движения различают ЭП вращательного и поступательного однонаправленного и реверсивного движения, а также
возвратно-поступательного движения.
В зависимости от ви д а испо л ьзуемого элек т род ви гателя находят применение ЭП постоянного и переменного тока.
Электроприводы могут быть нерегулируемые и регулируемые
по скорости. В нерегулируемом ЭП исполнительный орган рабочей машины приводится в движение с одной постоянной скоростью. В регулируемом ЭП скорость движения исполнительного
органа изменяется в соответствии с требованиями технологического процесса.
Регулирование скорости электродвигателя постоянного тока
(ДПТ) независимого возбуждения (НВ) осуществляют одним
из трех способов: с помощью резисторов в цепи якоря, измене-
3
Введение
нием магнитного потока электродвигателя и изменением напряжения, подводимого к обмотке якоря.
Для регулирования скорости асинхронного электродвигателя (АД) наиболее распространены следующие способы: изменение сопротивления добавочного резистора в цепи ротора, изменение напряжения, подводимого к обмотке статора двигателя,
изменение частоты питающего напряжения, а также переключение числа пар полюсов.
Для ограничения тока и момента АД с короткозамкнутым
ротором в различных переходных процессах (пуске, реверсе,
торможении) используют добавочные резисторы в цепи статора.
В электродвигателях постоянного тока для этих целей используют добавочные резисторы (реостаты), включенные в цепь якоря.
При проектировании ЭП электродвигатель необходимо
выбирать так, чтобы его механические характеристики соответствовали механическим характеристикам производственного механизма. Механические характеристики показывают взаимосвязь
переменных в установившихся режимах.
Механической характеристикой электродвигателя называют
зависимость его угловой скорости от развиваемого им момента.
Зависимость угловой скорости электродвигателя от тока называют электромеханической характеристикой.
Различают естественную и искусственные механические
(электромеханические) характеристики электродвигателей. Естественную характеристику получают в том случае, если электродвигатель подключен к сети с номинальными параметрами,
а также включен по схеме, на которую он разработан и в его
обмотках отсутствуют добавочные резисторы. При невыполнении хотя бы одного из перечисленных условий электродвигатель
будет работать на искусственной характеристике.
Основой ЭП является электродвигатель. Соответствие его
конструктивных, механических и энергетических параметров условиям работы производственного механизма обеспечивает заданную производительность, качество продукции, надежность
и экономичность.
Правильный выбор мощности электродвигателя имеет большое значение. Недостаточная мощность может при вести к нарушению нормальной работы механизма, снижению его производительности, чрезмерному повышению температуры от-
4
Введение
дельных частей и обмоток электродвига теля и в итоге к выходу
его из строя. Исполь зование же электродвигателя завышенной
мощности спо собствует неоправданному увеличению капитальных за трат, снижению электрических показателей, уменьшению
КПД, а в установках переменного тока – ухуд шению коэффициента мощности, что, в свою очередь, влияет на загрузку преобразовательных устройств и электрических сетей.
При выборе электродвигателя для производственного механизма необходимо рассчитать его мощность. Основой для этого
является нагрузочная диаграмма механизма, которая представляет зависимость приведенного к валу двигателя статического
момента (мощности) нагрузки от времени.
Выбранный по мощности электродвигатель должен удовлетворять условиям допустимого нагрева, перегрузочной способности и пуска.
Современный ЭП должен быть эффективным по энергопреобразованию, т. е. иметь минимальные потери энергии и соответственно максимальный КПД. В ЭП переменного тока к энергетическим показателям добавляется еще коэффициент мощности.
Будущему технику-электрику важно понимать работу машин
и механизмов, физическую сущность происходящих в них процессов. Но этого недостаточно. Ему также необходимо уметь рассчитывать различные параметры электрических машин, их характеристики, энергетические показатели, выбирать электродвигатели по мощности и проверять по необходимым условиям. Это
позволит специалистам среднего звена умело и наиболее эффективно использовать эти машины и механизмы.
5
Цель практических работ по учебной дисциплине «Основы
электропривода» – формирование умений решать задачи, связанные с расчетом параметров электродвигателей постоянного и переменного тока, сопротивлений добавочных резисторов
в их цепях, энергетических показателей, построением пусковой
диаграммы ДПТ, выбором электродвигателей по мощности. Полученные умения необходимы для изучения последующих специальных дисциплин и на этапе дипломного проектирования,
а также в предстоящей профессиональной деятельности.
При выполнении практических работ понадобятся ручка,
простой карандаш, линейка, ластик, калькулятор. Для выполнения практической работы № 6 необходим справочник с техническими данными электродвигателей постоянного и переменного
тока.
Исходные данные для решения задач берутся согласно варианту, указанному преподавателем. Перед решением задач необходимо изучить основные теоретические сведения, в которых
изложен материал, необходимый для выполнения практической
работы. Рекомендуется предварительные расчеты выполнять
на черновике, а затем оформлять отчет.
Отчет оформляется в соответствии с ГОСТ 2.105–95 ЕСКД.
Общие требования к текстовым документам и Р 50-77–88 Рекомендации. ЕСКД. Правила выполнения диаграмм.
Для подготовки учащихся к защите отчета рекомендуется
ответить на контрольные вопросы, приведенные в каждой практической работе.
6
Прак тическая работа № 1
Цель: научиться рассчитывать сопротивления секций пускового реостата, включенного в цепь обмотки якоря ДПТ НВ
и строить его пусковую диаграмму.
1. Изучить основные теоретические сведения.
2. Выписать технические данные электродвигателя согласно
вариан т у.
3. Выполнить задание.
4. Составить отчет о выполненной работе.
5. Ответить на контрольные вопросы.
Ток в цепи якоря ДПТ НВ в переходных режимах не должен
превышать некоторых допустимых значений, иначе электродвигатель может выйти из строя. В простейших случаях ограничение
тока и, тем самым момента, осуществляется введением в цепь
якоря добавочного резистора. Для того, чтобы уменьшить пределы изменений тока и момента в переходных процессах резистор
секционируют на соответствующее число секций, которые последовательно закорачивают по мере разгона электродвигателя.
Устройство, служащее для введения и выведения сопротивлений в цепи якоря в период пуска и разгона электродвигателя,
называют пусковым реостатом. Введение и выведение сопротивлений производят ступенчато (секциями). Для регулирования
угловой ско рости двигателя применяют регулировочный реостат.
Для пуска и торможения электродвигателей требуются определенные значения токов (моментов). Их определяют соответствующим расчетом сопротивлений в силовой цепи электродвигателя. Рассматриваемый ниже метод расчета справедлив
для номинальных значений питающего напряжения и магнитного потока.
Схема включения и пусковые (электромеханические) характеристики ДПТ НВ для трехступенчатого пуска показаны на ри-
7
Прак тические работ ы
Р
сунке 1.1. Сопротивления R1, R2, R3 называют сопротивлениями
секций пускового реостата. Контакты К1, К2, К3 слу жат для зако-
рачивания сек ций пускового реостата во время разгона ДПТ НВ.
ω
ω
0
ω
ном
ω
6
ω
4
ω
2
6
2
7
54
3
+
K
1
K
2
K
3
LM1
M1
R
1
R
2
R
3
–
+
1
0
I
I
ном
2
I
1
I
–
Рис. 1.1. Пусковые характеристики и схема включения ДПТ НВ
Наибольшее значение тока I1, А, при пуске ограничивается
требованием допустимой коммутации тока якоря и для двигателей общего назначения принимается равным
где I
I1 = (2...2,5)I
– номинальный ток якоря электродвигателя, А.
ном
, (1.1)
ном
Номинальный ток якоря электродвигателя равен
ном
,
η
(1.2)
ном
где Р
IU
ном
– номинальная мощность электродвигателя, Вт; U
ном
ном ном
номинальное значение напряжения, подводимого к якорю электродвигателя, В; η
– номинальный КПД электродвигателя, о.е.
ном
В ряде случаев, наибольший пусковой ток на первой пусковой характеристике ограничивается не условиями коммутации,
а допустимым пусковым момен том.
8
–
Прак тическая работа № 1
R rr r
ном
ωω
ФФ Ф
Значение тока перек лючения I2, А, при шунтировании сек-
ций пускового реостата определяют по формуле
I
1
I
,
2
λ
(1.3)
где λ – кратность пускового тока к току переключения.
Кратность пускового тока к току переключения определяют
по формуле
U
ном
m
λ
IR
1 я
,
(1.4)
где m – число секций пускового реостата; Rя – сопротивление
якоря, Ом.
Сопротивление якоря равно
1, 2 5 ( ) ,
я я дп щ
(1.5)
где rя – сопротивление обмотки якоря, Ом; rдп – сопротивление
добавочных полюсов, Ом; rщ – сопротивление щеточного контакта, Ом.
Сопротивление щеточного контакта определяют по формуле
rI
щ
щ
,
(1.6)
U
Δ
где ΔUщ – падение напряжения в щеточном контакте (принимают ΔUщ = 2 В).
Сопротивление n-й секции пускового реостата Rn, Ом, равно
1
n
λλ
RR
n
я
( 1),
(1.7)
где n = 1…...m.
Электромеханическую характеристику ДПТ НВ описывают
следующим выражением:
U IR IR
kk k
0
,
(1.8)
где ω – угловая скорость электродвигателя, рад/с; U – напряже-
ние, подводимое к якорю электродвигателя, В; I – ток в цепи об-
9
Прак тические работ ы
Ф,
U IR
π
30
n
ном
U
мотки якоря, А; R – сопротивление якорной цепи, Ом; k – конструктивный коэффициент электродвигателя; Ф – магнитный
поток электродвигателя, Вб; ω0 – скорость идеального холостого
хода электродвигателя, рад/с.
При номинальном магнитном потоке электродвигателя коэффициент kФ = kФ
и определяется по формуле
ном
ном ном я
ω
ном
(1.9)
где ω
k
ном
– ном и н а ль н а я у г лов а я с кор о с т ь эл ек т р од ви га т е л я , ра д /с .
ном
Номинальная угловая скорость электродвигателя равна
ном
,
(1.10)
где n
ω
ном
– номинальная частота вращения электродвигателя, об/мин.
ном
Скорость идеального холостого хода электродвигателя рассчитывают по формуле
ω
ном
0
.
Ф
k
(1.11)
Построение пусковой диаграммы (семейства электромеханических характеристик) ДПТ НВ, выражающей зависимость угловой скорости электродвигателя от тока якоря, осуществляют
в следующем по рядке (для трехступенчатого пуска):
1) строят естественную электромеханическую характеристи-
ку электродвигателя по двум точкам:
I = 0, ω = ω0;
I = I
, ω = ω
ном
ном
;
2) определяют токи I1 и I2 по формулам (1.1) и (1.3);
3) строят первую пусковую характеристику (при введении
всех секций пускового реостата), которая проходит через точку
идеального холостого хода (I = 0, ω = ω0) и точку 1 (I = I1, ω = 0)
(см. рис. 1.1);
4) строят реостатные характеристики последующих ступеней. Для чего из точек 2, 4, 6 проводят горизонтальные линии
до пересечения с вертикалью I1 в точках 3, 5, 7. Через эти точки
пересечения и точку идеального холостого хода (I = 0, ω = ω0)
проводят остальные пусковые характеристики.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]