разное к тоэ / Шпора1

8.Серии АД: впервые АД были разработаны русским инженером Доливо-Добровольским в 1890 г. и с тех пор, подвергаясь усовершенствованиям, получили массовое распространение во всём мире, за счёт простоты и надёжности. Например в России АД составляют порядка 90% из всех двигателей. Самая первая единая серия вышла в России в 1949 г. она называлась АО А-х1-х2 (х1-типовой размер сердечника, х2-число полюсов). Вторая серия АД вышла в 1957 году и называлась АО2 А2-х1-х2. После выпуска этой серии была разработана не очень удачная серия и её не стали внедрять в произ-во. После неё была разработана четвёртая серия в 1968 г. под названием 4А и двигатели имели улучшенные технические характр-ки. 4А х1-х2-х3-х4-х5-х6-х7 (х7-категория размещения Д, х6-чётные цифры, число полюсов, х5-буква обозначающая климат для использования Д, х4-А или В, буквы обозначающие длину сердечника, х3-буквы S,L,M обозначают установочный размер по длине корпуса, х2-числа от 56-355 высоты осей вращения в милимет-ах, х1-обозначение материала станины А-станина и щиты из алюминия, Х-станина из алюминия, щит из чугуна.

Уст-во АД: имеет две основные части – статор(называется не подвижная часть машины на внутренней стороне которого есть пазы куда вкладывается трёхфазная обмотка, питаемая трёхфазным током) и ротор(вращающаяся часть машины, представлен цилиндром, набранным из листов электротехнической стали толщиной от 0,3 до 0,5 мм. на наружной поверхности так же имеются пазы в них заливается алюминий и он образует стержни, они с концов замыкаются алюминиевыми кольцами, такая обмотка называется короткозамкнутой) двигатели с такой обмоткой наиболее распространены, устройство такого двигателя следующее: на статоре размещается трёхфазная обмотка, питаемая трёхфазным током. Начала трёх фаз этой обмотки выводятся на общий щиток, укреплённый снаружи на корпусе двигателя. Ротор так же собирают из отдельных листов стали. В пазы ротора как было сказано выше заливают алюминий и замыкают с концов кольцами. Таким образом все стержни оказываются замкнутыми с двух сторон накоротко. Т.е. обмотка такого ротора по внешнему виду напоминает «беличье колесо». Кроме короткозамкнутого ротора существует фазный ротор, устройство статора такого двигателя и его обмотка не отличаются от устройства статора двигателя с короткозамкнутым ротором. Различие заключается устройстве ротора: фазный ротор имеет три фазные обмотки, соединённые между собой звездой (реже треугольником). Концы фазных обмоток ротора присоединяют к трём медным кольцам, креплённым на валу ротора и изолированным как между собой, так и от стального сердечника ротора Три кольца жестко насажены на вал ротора (через изоляционные прокладки). На кольца накладываются щётки, которые размещены в щёткодержателях, укреплённых на одной из подшипниковых крышек. Щётки, скользящие по поверхности колец ротора, всё время имеют с ними хороший электрический контакт и соединены(рис1). Щётки могут быть угольные, графитовые или медно-графитовые. К щёткам подключаются пусковые или регулировочные сопр-ния, причём они не подвижны а ротор вращается.

Принцип действия: он основан на явлении вращ-гося магнитного поля. Если представить вращ-щееся магнитное поле в виде двухполюсного магнита и в него поместить короткозамкнутый виток в виде прямоугольной рамки, так чтобы ось вращения рамки совпала с осью вращения поля. То магнитные линии будут пересекать стержни витка и индуцировать в них э.д.с. направление э.д.с. можно будет определить по правилу «правой руки». Общая же э.д.с. индуцируемая в коротк-ом витке вызывает в нем индуктивный ток i. В результате вз-ия этого тока с магнитным полем возникают две электромагнитные силы, приложенные к проводникам витка. Направление этих сил можно определить по правилу «левой руки». На виток действует таким образом, пара сил, создающая вращающий момент М. Под действием момента М корот-ый виток будет вращаться в направлении вращения поля, но скорость вращения витка несколько меньше скорости вращения магнитного поля, т.е. время одного оборота не совпадает со временем вращения одного оборота поля. Принято говорить, что виток вращается асинхронно с магнитным полем. На рассмотренном принципе основано действие АД.

Вращающий момент: рассмотрим сначала(рис1) когда индуктивность обмотки ротора мала и поэтому сдвигом фаз  между током I и э.д.с. можно пренебречь. Вращающееся поле статора здесь заменено полем полюсов N и S, вращающимся по часовой стрелки. Пользуясь правилом правой руки, определяем направление э.д.с. и токов в обмотке ротора. Токи ротора взаим-я с вращающимся магнитным полем, создают момент вращения. Направления сил определяются по правилу левой руки. Как видно из рисунка ротор под действием электромагнитных сил будет вращаться в ту же сторону, что и само вращающееся поле, т.е. по часовой стрелке. Рассмотрим (рис2), когда индуктивность обмотки ротора относительно велика. В этом случае сдвиг фаз₂ между током ротора I₂ и э.д.с. ротора будет так же значительным. На рисунке магнитное поле статора АД по прежнему показано в виде вращающихся по направлению часовой стрелки полюсов N и S. Направление в обмотке индуцированной в обмотке ротора э.д.с. остаётся таким же как и на рис1, но в следствии запаздывания тока по фазе, максимум тока I₂ наступает позднее, чем максимум э.д.с.

Т.е. на рис1 и 2 показано направление индуктированных токов в отдельных проводниках ротора в рассматриваемый момент времени, а так же направления отдельных электромагнитных сил, действующих на проводники. Причём если сдвиг фаз ₂ = 0 то все электромагнитные силы будут действовать согласовано. При большем ₂ часть электромагнитных сил создают вращающий момент, направленный по часовой стрелке, а остальные силы – против часовой стрелки.

9. Механ-ая хар-тика: магнитный поток Ф не зависит от скорости вращения ротора n. следовательно, вращающий момент М пропорционален только активной составляющей тока ротора Icos. Индуктивное сопротивление ротора X=2fL, а следовательно, и величина cos зависят от частоты тока ротора f и поэтому с изменением нагрузки на валу ротора изменяется не только величина тока I, но и величина cos. Таким образом, изменение вращающегося момента, развиваемого двигателем, с изменением скорости вращения (и скольжения) определяется одновременно как изменением тока I, так и изменением cos(углом между сдвигом фаз). На основании математического анализа можно построить график зависимости вращающегося момента АД М от скольжения S (рис1). Так как каждому значению S соответствует определённое значение n=n₀(1-S), то указанный график можно представить и как зав-ть вращающегося момента от скорости n. зависимость между вращающим моментом M и сколжением S называется механической характеристикой.

Анализ: На кривой А видно, что в начальный момент пуска, когда S=1 и n=0, вращающий пусковой момент Д относительно невелик. Это объясняется тем, что в момент пуска частота тока в обмотке ротора наибольшая и индуктивное сопротивление обмотки велико. В следствии этого cos имеет малое значение. Поэтому несмотря на большую величину пускового тока, пусковой вращ-ий момент будет наибольшем. По мере разгона двигателя скольжение уменьшится. При некотором S₁ называемом критическим, вращающий момент двигателя будет иметь максимальное значение. При дальнейшем уменьшении скольжения вращающий момент будет быстро уменьшаться и при –скольжении S=0 т.е. М=0. Этот режим соответствует идеальному холостому ходу, когда двигатель не нагружен, а механическими потерями(на трение) можно пренебречь. Пусковой момент можно увеличить если в момент пуска уменьшить сдвиг фаз между током I и э.д.с. ротора. Если увеличить активное сопротивление цепи ротора, то угол  уменьшиться, что приведёт к тому, что cos и вращающий момент двигателя станут больше. Увеличение пускового момента приводит к тому, что макс-ый вращающий момент двигателя получается при большем скольжении (точка S₂ кривой В). путём увеличения актив-го сопр-я цепи ротора при пуске можно добиться того, что макс-ый вращающий момент будет в момент пуска (S=1 кривой С). Вращающий момент, развиваемый АД как указывалось, зависит от величины магн-го потока Ф. При снижении напряжения U уменьшается магн-ый поток Ф, а следовательно и вращ-й момент, развиваемый двигателем при данной скорости вращения. –можно сказать что вращающий момент АД пропорционален квадрату напр-ия, поэтому даже небольшое уменьшение напр-ия сопровождается резким уменьшением момента. Крива А наз-ся естественной мех-ой хар-ой, а кривые В и С – реостатными мех-ми хар-ми АД.

10. Пуск АД: пуск АД можно производить при полном напряжении (прямой пуск) и при пониженном напряжении. Прямой пуск осуществляется при помощи рубильников, переключателей, магнитных пускателей и других пусковых аппаратов. При прямом пуске к двигателю подаётся полное напряжение сети. Недостатком этого способа являются большие пусковые токи, которые в 2-7 раз больше номинальных токов двигателей. Наиболее простым является прямой пуск АД с короткозамкнутым ротором. Пуск и остановка таких двигателей производятся включением или отключением рубильника и т.п. на(рис1) показана схема прямого пуска АД с короткозамкнутым ротором. Для уменьшения пусковых троков АД с короткозамкнутым ротором уменьшают напряжение, подводимое к обмоткам статора двигателя. Способ пуска АД при пониженном напр-и с помощью переключателя со звезды на треугольник. На(рис2) дана принципиальная схема включения обмотки статора с переключателем со звезды на треугольник. При пуске обмотка статора с помощью рубильника соединяется звездой и, как только двигатель разовьёт макс-ую возможную скорость вращения, переключатель откидывается влево, обмотка статора оказывается включённой треугольником. При этом способе пуска двигателя пусковой ток уменьшается порядком в три раза. Этот способ пуска можно применять только в тех случаях, когда двигатели пускают в холостую или слабо нагруженными. Естественно разумеется, что переключение обмотки статора со звезды на треугольник при пуске можно применять только для двигателей, нормально работающих по схеме треугольника. Уменьшить напряжение, подводимое к двигателю, а вместе с этим уменьшить пусковой ток двигателя можно так же при помощи автотрансформатора. Пуск АД с фазным ротором производиться при помощи пускового реостата, подключаемого к обмотке ротора через кольца и щётки. Перед пуском двигателя нужно убедиться в том, что сопротивление пускового реостата полностью введено. В конце пуска реостат плавно выводиться и закорачивается. Наличие активного сопротивления в цепи ротора при пуске приводит к уменьшению пускового тока и увеличению пускового момента (рис3).

Регулирование част. вращ: скорость АД можно регулировать изменением какой-либо из трёх величин: изменение числа полюсов. Для возможности изменения числа пар полюсов двигателя статор его выполняют либо с двумя самостоятельными трёхфазными обмотками, либо с одной трёхфазной обмоткой, которую можно присоединить на различные числа полюсов. На(рис4) показаны две катушки одной фазы, соединённые посл-но, создающие четыре магн-ых полюса. Те же две катушки, но соединённые параллельно создают уже только два полюса(рис5). Присоединение обмоток статора производиться при помощи контроллера. При этом способе регулировка скорости вращения двигателя совершается скачками. Эту регулировку можно производить только у АД с короткозамкнутым ротором. ротор с короткозамкнутой–обмоткой может работать при разных числах полюсов магнитного поля. А ротор Д с фазной обмоткой может нормально работать лишь при определённом числе полюсов поля статора. Иначе обмотку ротора так же пришлось бы переключать, что внесло бы большие усложнения в схему двигателя. Изменение частоты переменного тока. При этом способе частоту переменного тока, подводимого к обмотке статора двигателя, изменяют при помощи преобразователя частоты. Эту регулировку выгодно производить, когда имеется большая группа двигателей, требующих совместного плавного регулирования скорости вращения. Этот способ мало распространён ввиду сложности его осуществления. Введение доб-го сопр-ия в цепь ротора. Этот способ состоит в том, что во время работы двигателя в цепь обмотки ротора вводят сопротивление регулировочного реостата. С увеличением активного сопр-ия цепи ротора возрастает скольжение, соответствующее заданному значению вращаемого момента. Таким образом, вводя дополнительно активное сопр-ие в цепь фазного ротора, мы увеличим скольжение а значит уменьшим скорость вращения ротора. Такой способ регулировки применим только для АД с фазным ротором.(рис6). Не достатком этого способа является то, что в регулировочном реостате происходит значительная потеря мощности. Реверсирование АД. Для изменения направления вращения АД следует поменять местами два любых провода из трёх идущих к обмоткам статора Д. При этом меняется направление вращения магнитного поля статора и двигатель станет вращаться в другую сторону. Реверсирование Д может быть произведено при помощи переключателя (перекидного рубильника), магнитного пускателя и др. устройств.

13. Устройство и принцип работы генераторов: генератор постоянного тока представляет собой электр-ую машину, преобразующую механическую энергию вращающего её первичного двигателя в электр-ую энергию постоянного тока, которую машина отдаёт потребителям. Генератор постоянного тока(ГПТ) так же работает на принципе электромагнитной индукции. Основными частями генератора являются якорь с расположенной на нём обмоткой и электромагниты, создающие магнитное поле. Якорь имеет форму цилиндра и набирается из отдельных штампованных листов электротехнической стали. Листы изолированны друг от друга слоем лака или тонкой бумаги. Впадины по окружности каждого листа, при сборки якоря и сжатии листов образуют пазы, куда укладываются изолированные проводники обмотки якоря. На валу якоря укрепляется коллектор, состоящий из отдельных медных пластин, припаянных к определённым местам обмотки якоря. пластины коллектора изолированы друг от друга. Коллектор служит для выпрямления тока и отвода его при помощи не подвижных щёток во внешнюю сеть. Электромагниты (ГПТ) состоят из стальных полюсных сердечников, привёрнутых болтами к станине. Станина генератора отливается из стали. У машин очень малой мощности станина отливается вместе с полюсными сердечниками. В остальных случаях сердечники набираются из листов стали. На сердечники надеваются катушки изготовленные из медной проволоки. Пропущенный через обмотку возбуждения(электромагнитов) ток создаёт магнитный поток полюсов. Для лучшего распределения магнитного потока в воздушном зазоре к ярму прикрепляют полюсы с наконечниками, собранные из отдельных стальных листов. Внешняя цепь соединяется с цепью якоря машины постоянного тока при помощи щёток, укреплённых в щёткодержателях. При вращении якоря обмотка его пересекает магнитные линии полюсов. По закону электромагнитной индукции, в проводниках обмотки якоря будет индуктироваться э.д.с. величина которой может быть подсчитана по формуле e=Blu sin где В-магнитная индукция полюсов l-активная длина проводника якоря u-линейная скорость проводников якоря -угол между направлением скорости движения проводника и направлением вектора магнитной индукции. При вращении якоря в магнитном поле полюсов в проводниках его обмотки создаётся э.д.с. переменная по виличине и направлению. Если концы одного витка припаять к двум медным кольцам, на кольца наложить щётки, соединённые с внешней сетью, то при вращении витка в магнитном поле, в замкнутой цепи потечёт переменный ток. Если же концы витка присоединить к двум медным кольцам изолированным друг от друга и называемым пластинами коллектора, и наложить на них щётки то при вращении витка в магнитном поле в витке будет по прежнему индуктироваться переменная э.д.с. однако во внешней цепи будет протекать изменяющийся по величине ток постоянного направления (пульсирующий ток).

6. Выбор повторно-кратковременного режима работы нерегулируемых приводов: такие двигатели характеризуются номинальной мощностью Р_ном и номинальной продолжительностью включения (ПВ_ном). Если ПВ_ф = ПВ_ном, то двигатель выбирается из условия Р_ном  Р_ф на практике же ПВ_ф  ПВ_ном, поэтому при выборе мощности двигателя используются средние потери за цикл в номинальных и фактических режимах работы т.е. Р_ср = Р_ном* (t_ном / t_ном + t_0ном) = Р_ном ПВ_ном

Средние потери в фактическом режиме работы

Р_ср = Р_ф* (t_рф / t_рф + t_0ф) = Р_ф ПВ_ф

Двигатель будет выбран верно если выполняется условие Р_ном  Р_ф*(ПВ_ф / ПВ_ном). Так как потери Д испытывать неудобно, поэтому испытывают токи:

I_ном²  I_ф²(ПВ_ф /ПВ_ном) или I_ном  I_ф (ПВ_ф /ПВ_ном)

МI, тогда М_ном  М_ф (ПВ_ф /ПВ_ном)

Если скорость двигателя изменится незначительно, то мощность пропорциональна моменту, причём n=const, а РМ тогда Р_ном  Р_ф (ПВ_ф /ПВ_ном)

Р_ф  Р_ном (ПВ_ном / ПВ_ф)

14. Пуск в ход ДПТ: в момент пуска скорость вращения двигателя равна нулю. Поэтому противо э.д.с. так же равна нулю. Пусковой ток двигателя в этом случае равен напряжению сети, делённому на сопротивление якоря. Ток якоря при этом достигает величины, опасной для целости обмотки якоря и коллектора. Во избежания этого на время пуска последовательно в цепь якоря двигателей постоянного тока (ДПТ)включают пусковой реостат. Материалом для изготовления сопротивлений пусковых реостатов служат никелин и константан, обладающие большим удельным сопр-ием. Для реостатов на большой ток применяются отлитые из чугуна сопр-ия. при Прохождении тока по реостатам последние нагреваются, выделяя тепло. Охлаждение реостатов бывает воздушное (реостаты покрыты металлическим кожухом с отверстиями, через которые уходит нагретый воздух) и масляное (реостаты погружаются в бак с маслом, обладающим большей теплопроводимостью, чем воздух). По мере того как скорость вращения Д будет увеличиваться, в обмотке якоря возникает противо э.д.с. и ток якоря станет быстро уменьшаться. В этом случае сопр-ие реостата будет не только бесполезно, но и вредно, так как, уменьшая ток оно уменьшает вращающий пусковой момент, не даёт скорости двигателя быстро возрастать. Т.е. по мере увеличения скорости вращения Д сопр-ие реостата необходимо плавно выводить и в конце пуска оно должно быть полностью выведено. Для быстрейшего увеличения противо э.д.с. в пусковой период необходимо следить за тем, чтобы Д получил полное возбуждение т.е. чтобы в цепи возбуждения не было включено какое-нибудь сопротивление и во всяком случае не допускать обрыва или выключения обмотки возб-ия. Пусковой реостат выбирают с расчётом, чтобы он уменьшал пусковой ток двигателя не до величины номинального тока, а до величины, в 2 раза большей. Те. больший ток при пуске даёт возможность Д быстро развить нормальную скорость вращения. Равенство момента вращ-ия Д и момента сопр-ия механической нагрузки, существующее при постоянной скорости вращения якоря, временно нарушается, если нагрузка на валу будет меняться. Так, например, при увеличении момента сопр-ия он будет больше момента вращения и скорость вращения Д будет уменьшаться. Это вызовет уменьшение противо э.д.с. (зависящей от скорости) и увеличение тока двигателя. Уменьшение скорости вращения будет продолжаться до тех пор, пока увеличившийся ток якоря не создаст новый, увеличенный момент вращения, равный возросшему моменту сопр-ия. В дальнейшем Д будет работать с меньшей, но постоянной скоростью. Наоборот, при разгрузке Д момент вращения его будет больше момента сопр-ия, якорь станет вращаться быстрее, противо э.д.с. увеличится и уменьшившийся ток Д будет создавать меньший момент вращения.

Регулирование частоты вращ-я ДПТ: так как величина противо э.д.с. зависит от скорости вращения и величины магнитного потока Д то эта зависимость выражается фор-ой Е=сnФ выразим n=E/cФ где Е=U-I_Ar_A то есть n=U-I_Яr_Я отсюда следует что скорость вращения n ДПТ можно регулировать тремя способами: изменением величины напряжения U, подводимого к двигателю; изменением общего сопротивления цепи якоря при помощи добавочного регулировочного сопр-ия r_РА включённого последовательно с обмоткой якоря. В этом случае скорость вращения Д определяется по формуле n= U-I_A(r_A+r_PA) / CeФ изменениме магнитного потока Ф при помощи регулировочного реостата r_PB включённого в цепь возбуждения. Основным уравнением ДПТ, как было указано выше является U=E+I_Ar_A умножив правую и левую части этого уравнения на ток якоря I_A получим ур-ие мощностей U*I_A = EI_A + I_A ² *r_A где U*I_A электрическая мощность, потребляемая Д из сети; I_A ² *r_A потеря мощности в обмотке якоря; EI_A=Р_м полная механическая мощность двигателя.

2. Энергетический расчёт: при этом расчёте определяем колическтво энергии потребляемой приводом. Основным потребителем энергии является силовой агрегат и усилитель мощности. Так же производим выбор ЭД, с определением его мощности и расчёт завершается выбором усилителя мощности и редуктора. Рассчитаем требуемую мощность по формуле Р_тр = 2 * _н (J_н * _н + М_нагр). Если требуемая мощность получилась меньше 100(Вт) то выбираем двигатель переменного тока, если требуемая мощность получилась больше 100 (Вт) то выбираем двигатель постоянного тока, затем выписываем паспортные данные Д. Чтобы сделать проверку по моменту нужно чтобы выполнялось следующее условие Р_ном  Р_тр , затем рассчитываем оптимальное передаточное число редуктора по формуле: i₀ = (J_н * _н + М_нагр) / J_д * _н должно выполняться условие Условие М / М_ном < 2 где М возмущающий момент (где  = 1 – КПД редуктора), рассчитаем возмущающий момент по формуле М = (J_д + J_н / i₀) * _н * i₀ + М_нагр /  * i₀ если двигатель не проходит по моменту, то выбираем двигатель большей мощности, и так до тех пор пока момент будет меньше 2. Чтобы сделать проверку по скоростям должно выполняться условие _ном  _тр где _тр требуемая скорость, она находится по формуле _тр = i₀ * _н если это условие не выполняется то мы заменяем передаточное число редуктора i₀ = _ном / _н где _ном = n_ном / 9,55 тогда момент будет другим. Где: J_н, _н, _н – это характеристики, управляющих и возмущающих воздействий.

М_нагр – момент нагрузки, М – показатель колебательности, _гар – гармоническая погрешность привода. Затем записываем передаточную функцию, если переменный Д то она будет выглядеть так W(p) = K_д/(T_mp+1)p, если постоянный двигатель то передаточная функция будет записываться так W (p) = K_д/р *(Т_м р+1), Где К_д – коэффициент двигателя, Т_м – механическая постоянная времени.

5. Выбор Д продолжительног режима работы: если фактическая нагрузка на Д Р_фак не изменяется то выбор мощности Д осуществляется в соответствии с неравенством Р_ном  Р_фак. На практике же фактическая мощность меняется, покажем гистограмму изменения фактической мощности в процессе работы (рис1) где Р₁=Р₄ фактические мощности, Р₁=Р₄ потери в процессе работы. Метод средних потерь: каждой мощности Р₁,Р₂…Р_n соответствуют свои потери Р₁ Р₂…Р_n. находим средние потери за всё время работы двигателя, которые называются эквивалентными т.е. Р_э(t₁+t₂+…+t_n)=P₁t₁+…+P_nt _n *;

P_э=P₁t₁+P₂t₂+…+/t₁+t₂+…+t_n эта формула позволяет определить средние или эквивалентные потреи Д во время продолжительного режима работы. Д будет выбран верно, если номинальные потери Р_ном  Р_э

Метод эквивалентного тока: потери в Д можно разделить на посторонние (которые не зависят от тока) и переменные(которые пропорциональны квадрату тока) т.е. Р=Р_пос+I ² r_об подставим это выражение в формулу * получим (Р_пос+I_э² r_об)(t₁+t₂+…t_n) = (Р_пос+

+I₁² r_об)t₁+…(Р_пос+I_n² r_об)t_n I_э²(t₁+…t_n) = I₁²t+ I₂²t₂+… +

I_n²t_n двигатель будет выбран правильно, если I_ном  I_э где I_э = I₁²t+ I₂²t₂+… +I_n²t_n / t₁+t₂+…t_n

Метод эквивалентного момента: если момент пропорционален току можно воспользоваться этим методом МI; М_э = М₁²t+ М₂²t₂+… +М_n²t_n / t₁+t₂+…t_n

двигатель будет выбран правильно если выполняется условие М_ном  М_э

метод эквивалентных мощностей: при МР;