M04057 Основи електроприводу

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

ЗАПОРІЗЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра Електропривода і автоматизації промислових

установок

ПРОГРАМА, МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

з вивчення дисципліни ОСНОВИ ЕЛЕКТРОПРИВОДА

та контрольні завдання

для студентів напряму підготовки 6.050701 – ЕЛЕКТРОТЕХНІКА і ЕЛЕКТРОТЕХНОЛОГІЇ спеціальності

ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНІ СИСТЕМИ ЕЛЕКТРОСПОЖИВАННЯ заочної форми навчання

2012

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

2

Програма, методичні вказівки з вивчення дисципліни ОСНОВИ ЕЛЕКТРОПРИВОДА та контрольні завдання для студентів напряму підготовки 6.050701 – ЕЛЕКТРОТЕХНІКА і ЕЛЕКТРОТЕХНОЛОГІЇ спеціальності – ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНІ СИСТЕМИ ЕЛЕКТ-

РОСПОЖИВАННЯ заочної форми навчання / Укл. В.І.Бондаренко. – Запоріжжя: ЗНТУ, 2012. – 62 с.

Укладач: В.І.Бондаренко, доцент, канд. тех. наук.

Рецензент: В.В.Кущ, доцент, канд. тех. наук.

Відповідальний за випуск: В.І.Бондаренко, доцент, канд. техн. наук.

Затверджено на засіданні кафедри

Електропривода і автоматизації промислових установок, протокол №_4_ від _11 листопада_ 2012 р.

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

4

ПЕРЕДМОВА

Методичні вказівки складаються з трьох розділів й мають рекомендації з вивчення дисципліни ОСНОВИ ЕЛЕКТРОПРИВОДА у відповідності до навчальних планів освітнього напрямку 050701 – ЕЛЕКТРОТЕХНІКА і ЕЛЕКТРОТЕХНОЛОГІЇ.

У першому розділі наведена програма і короткі методичні вказівки з самостійного вивчення теоретичного курсу, у другому – приблизний перелік лабораторних робіт, короткий їх зміст та деякі рекомендації з підготовки до їх виконання, У третьому розділі наведені завдання, зміст й вказівки з виконання контрольної роботи.

Перелік літературних джерел складений з урахуванням бібліотечного фонду УНІВЕРСИТЕТУ та навчально-методичного забезпечення кафедри Електропривода і автоматизації промислових установок.

Для студентів-заочників напряму підготовки 6.050701 – ЕЛЕКТРО-

ТЕХНІКА і ЕЛЕКТРОТЕХНОЛОГІЇ спеціальності – ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНІ СИСТЕМИ ЕЛЕКТРОСПОЖИВАННЯ

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

5

1 ПРОГРАМА ТА КОРОТКІ МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ВИВЧЕННУ ТЕОРЕТИЧНОГО КУРСУ

1.1 Загальна характеристика курсу Основи електропривода (ОЕП)

Теорія електричного привода є важливим курсом блоку профе- сійно-орієнтованих дисциплін напряму 050701 – Електротехніка і електротехнології, що узагальнює властивості електромеханічної системи як технічного об'єкта, надає методи розрахунку характеристик і режимів роботи цього об'єкта, а також дає можливість обґрунтувати способи раціонального вибору основних елементів, оптимального проектування і конструктивної проробки системи у цілому.

Успішне вивчення студентом названого курсу в першу чергу уможливлене лише при:

-набутті достатніх знань з таких дисциплін, як теоретичні основи електротехніки, теорія автоматичного керування, мікропроцесорна техніка, електричні апарати;

-набутті глибоких знань з механіки, промислової електроніки та електричних машин.

Загальний обсяг інформації, що охоплює сучасна теорія електропривода, досить великий і може бути поділений на три основні частини.

Перша частина – це загальна теорія електропривода, яка вивчає загальні фізичні закономірності, властиві різним технічним реалізаціям електроприводів будь-якого призначення і містить загальні методи та рекомендації для проектування, налагоджування й експлуатації.

Друга частина охоплює теорію окремих систем електропривода, які різняться технічною реалізацією.

Третю частину складають теоретичні питання, пов'язані з застосуванням електропривода у конкретних установках та системах.

До курсу ОЕП внесені питання в основному з першої частини – теорії електропривода.

Оскільки навчальним планом спеціальності електротехнічних

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

6

систем електроспоживання не передбачений окремий курс систем керування електроприводами, до програми ОЕП внесені деякі питання основ автоматичного керування електроприводами

1.2Програма курсу Основи електропривода

1.2.1Вступна частина

Уведення. Загальні відомості про електромеханічні системи автоматизації (ЕМСА) та електропривод (ЕП).

ЕП як засіб автоматизації. Теорія ЕП. Поняття, терміни, визначення, схеми, позначення. Структурна схема ЕП. Функції ЕП та вимоги до нього. Класифікація ЕП. Загальні положення вибору приводного двигуна, Сучасні ЕМСА та ЕП, тенденції їх розвитку.

Короткий історичний нарис розвитку електромеханіки.

1.2.2 Механіка ЕП

Кінематичні схеми ЕМСА та ЕП. Елементи механічної частини ЕП. Реальна кінематика і розрахункові схеми механічної частини ЕП.

Рівняння механічного руху. Поняття про багатомасові системи. Усталений рух ЕП. Поняття про механічні характеристики. Механічні характеристики виконавчих органів й електродвигунів. Стійкість механічного руху. Неусталений рух ЕП. Динамічні навантаження ЕП.

1.2.3 Електромеханічні властивості електродвигунів

Загальна характеристика.

Процеси перетворення енергії в двигунах постійного струму незалежного збудження (ДПС НЗ). Природні статичні характеристики ДПС НЗ. Реостатні й штучні характеристики ДПС НЗ. Режими роботи ДПС НЗ.

Процеси перетворення енергії в двигунах постійного струму послідовного збудження (ДПС ПЗ). Природні статичні характеристики ДПС ПЗ. Реостатні й штучні характеристики ДПС ПЗ. Режими роботи ДПС ПЗ.

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

7

Характеристики й режими роботи двигунів постійного струму мішаного збудження (ДПС МЗ)

Процеси перетворення енергії в асинхронних двигунах (АД). Природні статичні характеристики АД. Реостатні й штучні характеристики АД. Режими роботи АД.

Характеристики й режими роботи синхронних двигунів СД. Кроковий режим роботи СД. Дискретний привод на базі крокових двигунів (КД).

Багатодвигуневі електромеханічні системи.

1.2.4 Регулювання координат ЕП

Методи і способи регулювання координат ЕП, основні показники регулювання.

Системи генератор-двигун (Г–Д), статичний перетворювач – двигун (СП–Д), перетворювач частоти – асинхронний двигун (ПЧ–АД).

1.2.5 Регулювання швидкості ЕП

Методи регулювання швидкості Регулювання швидкості ДПС НЗ. Регулювання швидкості за до-

помогою резисторів у якірному колі, змінюванням основного магнітного потоку та змінюванням напруги живлення. Регулювання швидкості в системах Г–Д та СП–Д.

Регулювання швидкості ДПС ПЗ. Регулювання швидкості за допомогою резисторів у якірному колі, змінюванням магнітного поля й напруги та шунтування обмоток якоря і збудження.

Регулювання швидкості АД. Регулювання швидкості за допомогою резисторів у колах ротора і статора, змінюванням числа пар полюсів та частотне регулювання швидкості. Регулювання швидкості в системах ПЧ–АД та перетворювач напруги – асинхронний двигун АД

(ПН–АД).

1.2.6 Перехідні процеси в ЕП

Загальні положення. Практичне значення вивчення перехідних процесів. Постійні часу і швидкодія.

Перехідні процеси в ДПС НЗ, ДПС ПЗ та АД.

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

8

1.2.7 Енергетика ЕП. Вибір електродвигунів

Загальні відомості.

Нагрівання та охолодження двигунів. Класифікація номінальних режимів роботи електродвигунів. Навантажувальні діаграми ЕП. Втрати енергії в ЕП.

Вибір потужності двигуна при довготривалому навантаженні, що мало змінюється і що суттєво змінюється. Вибір потужності двигуна за методами еквівалентних величин.

Вибір потужності двигуна при номінальному короткочасному режимі роботи. Вибір потужності двигуна при номінальних повторнокороткочасних режимах роботи. Визначення допустимої частоти вмикань АД з короткозамкненим ротором.

Особливості вибору двигунів для крутиневого (маховикового)

ЕП.

1.2.8 Основи автоматичного керування ЕП

Загальні положення. Схеми електричні структурні, функціональні, принципові та інші. Зображення й позначення елементів схем. Держстандарти та ЕСКД.

Розімкнені системи автоматичного керування. Автоматичне керування пуском двигунів у функціях швидкості, струму та часу. Принципи автоматичного керування гальмуванням електроприводів.

Замкнені системи автоматичного керування, принципи побудови їх. Загальні уявлення про автоматизовані системи керування швидкістю ЕП. Поняття про програмні системи керування швидкістю ЕП.

Типові системи керування ЕП на базі АД з короткозамкненим та фазним роторами, СД, ДПС НЗ та ДПС ПЗ.

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

9

1.3 Методичні вказівки до вивчення теоретичного курсу

1.3.1 Основи автоматизованого електропривода

При вивченні розділу механіки електропривода необхідно розрізняти питання теоретичної або прикладної частин механіки, які вивчались раніше і без яких неможливе засвоєння цього розділу. Це – дія сил і моментів, диференційні рівняння руху, багатомасові системи, особливості та властивості механічних елементів електропривода, механічні характеристики виконавчих органів та електродвигунів.

При вивченні усталеного й неусталеного рухів звернути увагу на режими роботи електропривода, величину і знаки динамічних зусиль та моментів.

При розгляді механічних характеристик виконавчих органів і електродвигунів важливо з'ясувати відповідність механічних характеристик вибраного електродвигуна характеристикам заданного механізму. Усвідомити, що на відміну від механічних характеристик, які використовуються для аналізу роботи електродвигуна спільно з виконавчим механізмом, електромеханічні характеристики дозволяють визначити завантаження електродвигуна струмом, хоча обидві згадані характеристики взаємопов'язані так, як пов'язаний момент електродвигуна зі струмом.

При вивченні механічних характеристик електродвигунів постійного струму незалежного збудження слід звернути увагу на такі питання:

-фізична суть математичного виразу характеристики;

-умови, що забезпечують лінійність характеристик;

-фактори, які змінюють вигляд характеристик (жорсткість, величина швидкості ідеального неробочого ходу, величина момента короткого замкнення);

-вигляд й математичний вираз характеристик у двигуневому та гальмівному режимах роботи електродвигуна.

При вивченні механічних характеристик електродвигуна постійного струму послідовного збудження слід усвідомити причини, що заважають одержати точний аналітичний вираз характеристик; фактори, що визначають нелінійність характеристик; особливості гальмів-

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

10

них режимів та реверсу.

При вивченні механічних характеристик електродвигуна постійного струму мішаного збудження слід виходити з того, що властивості цього двигуна визначаються особливостями його обмоток незалежного та послідовного збуджень й співвідношенням МРС цих обмоток.

Механічні характеристики асинхронних електродвигунів мають особливості, які полягають у тому, що момент асинхронного двигуна є складною функцією ковзання. Методологія вивчення цього питання, у відповідності до формули Клосса, полягає у тому, що складну криву механічної характеристики поділяють на дві ділянки, які можна досить легко описати математично та вкласти в це вельми значну фізичну суть. Окрім цього, треба розуміти сенс усіх характерних точок кривої. Як і для електродвигунів постійного струму, слід усвідомити фізичні процеси гальмівних режимів асинхронного двигуна, порівняти переваги й вади всіх способів електричного гальмування.

При вивченні розділу регулювання координат електропривода слід усвідомити суть основних координат електропривода і їх взаємозв'язок, показники й параметри регулювання стосовно систем Г–Д, СП–Д, ПЧ–АД.

Вивчити основні показники регулювання швидкості. Розгляд конкретних способів регулювання швидкості конкретних типів електродвигунів слід пов'язувати з раніш розглянутими характеристиками, що допоможе не тільки з'ясувати фізичні процеси, що протікають при регулюванні швидкості, але й провести кількісне і якісне оцінювання показників регулювання.

Необхідно також порівнювати способи регулювання швидкості електродвигунів постійного струму та асинхронних, визначати переваги, та недоліки основних способів регулювання швидкості за усіма показниками регулювання.

При розгляді перехідних процесів у електроприводах слід звернути увагу на причину їх виникнення, умови, що визначають швидкість протікання процесів, і на фактори, від яких залежить характер перехідних режимів. З'ясувати, в яких випадках можна з достатньою для практики точністю нехтувати тим, або іншим видом інерційності. На конкретних схемах пуску та гальмування вивчити фізичні процеси

PDF создан испытательной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com