Утверждено редакционно-издательским советом института УДК 62 - 5:621.3.07

Электропривод типовых и специальных установок. Рабочая программа, задание на курсовой проект: - СПб: СЗПИ, 1998.

Рабочая программа по настоящему курсу разработана на основании государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования для специальности 10.04.00 " Электроснабжение " (по отраслям) от

23. 06. 95 г.

Рассмотрено на заседании кафедры автоматизации производственных процессов, одобрено методической комиссией машиностроительного факультета.

Рецензенты: Кафедра автоматизации производственных процессов СЗПИ (зав. кафедрой А.А.Сарвин, канд. техн. наук, доц.); зав. кафедрой систем автоматического управления СПбГЭТУ В. В. Путов, д-р техн. наук, проф.

ã Составитель: В. В. Иванов, канд. техн. наук, доцент.

Предисловие

Целью преподавания дисциплины является получение студентами теоретических знаний и практических навыков о реальных электроприводах,

применяемых в типовых производственных механизмах и специальных промышленных установках.

Задачей изучения дисциплины является овладение основами автоматизированного электропривода, его свойств, вопрос энергетики электропривода, управления, комплексом требований для выбора систем электроприводов типовых и специальных производственных механизмов, а также

схемными решениями и умением анализировать работу различных систем электроприводов. Материал по дисциплине учитывает требования, предъявляемые к подготовке специалистов в области электроснабжения промышленных предприятий.

Дисциплина базируется на курсах "Прикладная механика", "Промышленная электроника", "Электротехника", "Электрические машины".

В результате изучения дисциплины студенты должны приобрести навыки расчета, анализа и проектирования систем электроприводов для различных промышленных механизмов и установок.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА (210 часов)

Введение (2 часа)

[1], с. 5…15; [2], с. 5…26

Назначение курса и его место среди других дисциплин специализации. Понятие автоматизированного электропривода; примеры, краткий очерк развития.

Классификация и характеристики типовых и специальных промышленных установок.

Характеристика электропривода как основного средства электрофикации и автоматизации производственных процессов и как основной нагрузки электроснабжения. Пути и перспективы развития электроприводов механизмов и установок общепромышленного назначения.

Вопросы для самопроверки

1.Какова роль типовых и специальных производственных механизмов и установок

врешении задач по автоматизации народного хозяйства?

2.На базе известных вам предприятий укажите примеры использования производственных механизмов различного назначения.

3.Охарактеризуйте основные направления и перспективы развития электропривода.

1.Электроприводы постоянного и переменного тока

1.1. Принципы построения автоматизированного злектропривода (6 часов)

[1], с. 41…58; [2], с. 93…102

Понятие о регулировании координат электропривода. Регулирование скорости электроприводов. Основные показатели регулирования: диапазон, направление, плавность, стабильность, экономичность, допустимая нагрузка двигателя.

Регулирование тока и момента двигателей. Регулирование положения электроприводов. Режимы работы электроприводов: установившийся и переходный (динамический).

Общие принципы построения систем управления электроприводами.

Вопросы для самопроверки

1.Что понимается под регулированием координат электропривода?

2.Охарактеризуйте основные показатели регулирования скорости.

3.В каких электроприводах применяется регулирование тока и момента двигателя?

4.По каким основным принципам строятся системы управления электроприводами?

1.2. Основы механики электропривода (10 часов)

[1], с. 16…40; [2], с. 26…48

Структура механической части электропривода. Управления движения элементов механической части. Приведение моментов и сил сопротивления, масс и

моментов инерции к валу двигателя. Активный и реактивный моменты сопротивления.

Приведенный момент инерции поступательно движущихся элементов. Время переходных процессов при постоянном динамическом моменте. Определение передаточного числа.

Механические и электромеханические характеристики электродвигателей и производственных механизмов, классификация характеристик. Многомассовые механические системы.

Установившийся режим работы. Определение координат установившегося движения. Условия статической устойчивости электропривода. Неустановившееся движение электропривода при а) постоянном, б) зависящем от скорости, в) произвольном динамическом моментах.

Построение кривых угловой скорости в функции времени при любых формах механических характеристик производственных агрегатов, определение времени переходных процессов.

Вопросы для самопроверки

1.Что называется основным уравнением движения электропривода?

2.Что такое пассивный и активный моменты сопротивления производственных 3. механизмов?

3.Что называется механической и электромеханической характеристиками двигателя? Как они классифицируются?

4.Что называется механической характеристикой производственного механизма? Как они классифицируются?

5.Перечислите основные критерии оценки механических характеристик.

6.Для чего моменты сопротивления и моменты инерции приводятся к валу двигателя?

7.Что такое переходный и установившейся режим работы электропривода?

1.3. Электроприводы с двигателем постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ) (16 часов)

[1], с. 59…148; [2], с. 48…65; 102…132, 242…254, 267…290

Схема включения, свойства и статические характеристики электропривода с ДПТ НВ. Естественная и искусственные механические и электромеханические характеристики. Режимы работы электропривода: двигательный и генераторный (тормозной) – рекуперативный (с отдачей энергии в сеть), противовключение, динамическое торможение. Физические процессы, способы осуществления и область применения этих режимов.

Регулирование угловой скорости, тока и момента электропривода с ДПТ НВ при помощи резистора в цепи якоря, изменением магнитного потока, подводимым к якорю напряжением и шунтированием якоря. Система электропривода преобразователя – двигатель, формирование статических характеристик. Особенности питания электродвигателей от вентильных преобразователей: учет падения напряжения на вентилях, коммутация вентилей, режим прерывистых токов, осуществление реверса. Характеристики двигателя в случае питания от преобразователей. Влияние вентильного электропривода постоянного тока на сеть электроснабжения и способы снижения этого влияния.

Система электропривода источник тока – двигатель, регулирование координат в этой системе. Импульсный способ регулирования координат.

Способы пуска и торможения двигателей независимого возбуждения. Расчет пусковых и тормозных сопротивлений. Переходные процессы в электроприводах с ДПТ НВ при питании от сети в системе преобразователь – двигатель. Формирование переходных процессов.

Вопросы для самопроверки

1.Что понимается под естественной и искусственной характеристиками двигателя?

2.В каких режимах может работать ДПТ НВ?

3.Перечислите и охарактеризуйте основные способы регулирования ДПТ НВ. Дайте их сравнительную оценку.

4.В чем заключается особенность системы "Тиристорный преобразователь – двигатель"?

5.Укажите особенности режима прерывистых токов?

6.Как влияет работа вентильного электропривода постоянного тока на сеть электроснабжения? Как уменьшить это влияние?

7.Перечислите способы пуска и торможения ДПТ НВ. Как их осуществить?

8.Назовите особенности формирования переходных процессов в системах "генератор – двигатель" и "преобразователь – двигатель".

1.4. Электроприводы с двигателями постоянного тока последовательного (ДПТ НВ) и смешанного (ДПТ СВ) возбуждения

(10 часов)

[1], с. 175…193; [2], с. 70…74, 132…141, 270…291

Схема включения, статические характеристики и режимы работы электропривода с ДПТ ПВ.

Регулирование угловой скорости электроприводов с ДПТ ПВ при помощи резисторов в цепи якоря, изменением магнитного потока и напряжения, шунтированием якоря.

Торможение электроприводов с ДПТ ПВ.

Схема включения и характеристики ДПТ СВ. Электромеханические свойства электроприводов с ДПТ СВ.

Вопросы для самопроверки

1.В каких режимах может работать ДПТ ПВ?

2.Почему ДПТ ПВ не может работать в генераторном режиме с отдачей в сеть?

3.Какими способами можно осуществить торможение ДПТ ПВ?

4.Для чего строят пусковую диаграмму ДПТ ПВ?

5.Назовите область применения электроприводов с ДПТ СВ и ДПТ ПВ?

1.5. Электроприводы с асинхронным двигателем (АД) (18 часов)

[1], с. 193…296; [2], с. 74…89, 141…193, 291…300

Схема включения, свойства, статические характеристики и режимы электропривода с АД. Механические и электромеханические характеристики АД с короткозамкнутым ротором и фазным ротором в различных режимах. Уравнение момента в функции скольжения. Формулы Клосса.

Регулирование угловой скорости АД путем изменения сопротивления роторной цепи, числа пар полюсов и частоты. Вентильные преобразователи частоты, их применение для регулирования угловой скорости АД; связь между частотой и напряжением. Импульсный способ регулирования координат АД. Регулирование угловой скорости АД в каскадных схемах включения, в системах преобразователь частоты – двигатель, преобразователь напряжения – двигатель. Система электрического вала.

Возможность экономии электроэнергии при использовании асинхронных вентильных электроприводов. Влияние таких электроприводов на сети электроснабжения.

Способы пуска и торможения АД с короткозамкнутым и фазным ротором. Расчет сопротивлений графическим и аналитическим методами. Переходные процессы в асинхронном электроприводе и их формирование.

Вопросы для самопроверки

1.В каких режимах может работать АД?

2.Какой вид имеют механические характеристики при различных способах торможения?

3.В чем состоит различие между упрощенной и уточненной формулой Клосса?

4.Назовите основные способы регулирования скорости АД.

5.Какие существуют законы изменения частоты и напряжения на стандарте АД при частотном регулировании скорости?

6.Какие способы регулирования скорости АД обеспечивают постоянную мощность, а какие момент?

7.Перечислите основные способы пуска АД.

8.В чем заключается сущность графического метода расчета пусковых сопротивлений для АД с фазным ротором?

1.6. Электроприводы с синхронными (СД) и специальными двигателями (12 часов)

[1], с. 276…318; [2], с. 89…93, 201…210

Схема включения, статические характеристики и режимы работы электропривода с СД. Механическая и угловая характеристики синхронного

двигателя. Перегрузочная способность СД, способы ее повышения. Использование синхронного электропривода для компенсации реактивной мощности.

Способы пуска и торможения СД. Особенности подачи возбуждения при легком и тяжелом пуске. Переходные процессы в синхронном электроприводе. Тиристорные системы возбуждения СД.

Необходимость применения в электроприводах специальных двигателей с расширенными регулировочными свойствами. Электроприводы с линейными, шаговыми, вентильными двигателями.

Вопросы для самопроверки

1.Что понимается под механической и угловой характеристиками СД?

2.Назовите основные достоинства СД и области их применения.

3.Нарисуйте упрощенную векторную диаграмму СД.

4.Что понимают под легким и тяжелым пуском СД?

5.Перечислите способы пуска и торможения СД.

6.В каких случаях используют электроприводы с линейными, шаговыми и вентильными двигателями? В чем заключается их особенности?

1.7.Энергетика электроприводов, выбор мощности электродвигателей

(10 часов)

[1], с. 350…407; [2], с. 325…387

Энергетические показатели нерегулируемого и регулируемого электроприводов в установившихся режимах работы, способы их повышения. Потери энергии в электроприводах при переходных процессах (пуск, реверс, торможение) и способы их снижения.

Нагрев и охлаждение электродвигателей. Классификация режимов работы электродвигателей по условиям нагрева. Уравнения нагревания и охлаждения, постоянные времени.

Выбор двигателей при длительном режиме работы с постоянной и переменной нагрузками. Методы эквивалентных величин (потерь, тока, момента и мощности).

Выбор двигателей при повторно – кратковременном и кратковременном

режимах работы методом термического и механического коэффициентов

перегрузки. Определение допустимой частоты включений асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

Выбор двигателя для регулируемого электропривода.

Работа электропривода с маховиком. Определение необходимого момента инерции маховика.

Вопросы для самопроверки

1.Назовите основные энергетические показатели работы электроприводов.

2.Как классифицируются режимы работы электроприводов по условиям нагрева?

3.Из чего складываются потери энергии в электроприводах при переходных процессах?

4.Назовите основные критерии, определяющие выбор электродвигателя по мощности.

5.Что характеризуют постоянные времени нагревания и охлаждения двигателя?

6.В чем сущность метода эквивалентных величин при выборе мощности двигателя?

2.Автоматическое управление электроприводами

2.1.Разомкнутые системы управления электроприводами (10 часов)

[2]с. 391…424; [3], с. 244…304

Классификация систем автоматического управления электроприводами. Принципы управления пуском, реверсом и торможением электродвигателей постоянного и переменного тока в функциях скорости, тока и времени. Типовые узлы управления ДПТ НВ, ДПТ ПВ, АД, СД при пуске, реверсе, торможении.

Логические элементы, их назначение и устройство, выполняемые логические функции. Схемы бесконтактного управления электроприводами с логическими элементами.

Типовые схемы разомкнутых систем управления, основные требования, предъявляемые к ним.

Вопросы для самопроверки

1. По каким признакам можно классифицировать автоматические системы управления электроприводами?