70

Конспект лекций по курсу

«Элементы и системы автоматизированного

Электропривода»

Содержание

Перечень сокращений……..…………..…………………………………….…….…...2

1. Введение. Механика электроприводов…………………………………………….3

2. Инверторы в системах электропривода переменного тока................................14

3. Схема замещения, характеристики и режимы работы АД….…………………..17

4. Регулирование скорости, тока и момента АД, система ПЧ – АД………………22

5. Переходные процессы в асинхронном электроприводе………………………...33

6. Силовые преобразователи электропривода постоянного тока………….……..35

7. Схемы, характеристики и режимы работы ДПТ…………………………..…...39

8. Регулирование скорости, тока и момента ДПТ…………………………..……...42

9. Электропривод с синхронным двигателем.……………………………………...49

10. Шаговые и вентильные индукторные двигатели. Бесщеточный двигатель постоянного тока. ……………………………………………………………………51

11. Расчет мощности и выбор электродвигателей…………………………………..55

12. Нагрев и охлаждение………………………………………………………………57

Контрольные вопросы и задачи…………………………………………………..60

Литература…………………………………………………………..……………..63

Приложения П1 Двигатели постоянного тока.…………………………………63

П2 Преобразователи частоты…………………………………….65

П2 Асинхронные короткозамкнутые двигатели серии 4А……...65

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

АД – асинхронный двигатель; П – преобразователь;

Г – генератор; ПМ – преобразователь механический;

Д – двигатель; ПЧ – преобразователь частоты;

ДПТ – двигатель постоянного тока; РМ – рабочий механизм;

ИО – исполнительный орган; СД – синхронный двигатель;

ИЭЭ – источник электрической энергии; СИФУ – система импульсно-фазового управл.;

КА – коммутационная аппаратура; СУЭП – система управления ЭП;

ОВ – обмотка возбуждения; ОУ – объект управления;

ТП – тиристорный преобразователь; УВ – управляемый выпрямитель;

СДПМ – синхронный двигатель с возбуждением от постоянных магнитов.

1. Введение. Механика электроприводов

1.1. Введение

В настоящее время, практически любой производственный механизм приводится в действие системой автоматизированного электропривода, основным элементом которого является электрический двигатель. При помощи соответствующих преобразовательных и управ­ляющих устройств формируются требуемые статические и динамические характеристики исполнительных органов рабочей машины.

Электромеханическая система, состоящая из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств, предназначенная для приведения в движение и управления исполнительным органом рабочей машины называется электрическим приводом.

Речь идет не только о сообщении рабочему органу вращательного или поступатель­ного движения, но, главным образом, об обеспечении с помощью автоматизированного электропривода оптимального режима работы, при котором достигается наибольшая про­изводительность при требуемой точности.

Характер движения рабочих механизмов (исполнительных органов) может быть самым разнообразным – вращательным, поступательным (однонаправленным и реверсивным), а также возвратно–поступательным. В некоторых случаях перемещение рабочего органа должно совершаться сразу в нескольких плоскостях – антенна радиотелескопа, манипулятор робота, ковш экскаватора.

Многие машины и механизмы при своей работе требую изменения как направления, так и скорости движения исполнительных органов. Так угловая скорость валков прокатного стана должна быть различной в зависимости от профиля прокатываемого металла. Для большинства подъемно-транспортных машин – кранов, лифтов, подъемников – для обеспечения точного останова их скорость должна быть предварительно снижена.

Другое важное требование к электроприводу связано с поддержанием с заданной точностью скорости движения исполнительного органа (металлорежущие станки, испытательные стенды, прокатные станы и т.д.).

Важной функцией электропривода является обеспечение защит, блокировок и сигнализации при работе технологического оборудования. Для этого в структуру электропривода вводятся элементы и устройства, предотвращающие неправильную последовательность операций или ошибочные действия оператора и осуществляющие ограничение хода исполнительных органов, останов машины или механизма при возникновении аварийной ситуации.

Классификация электроприводов может быть выполнена по различным критериям.

• По виду движения различают электроприводы вращательного и поступательного однонаправленного и реверсивного движения.

• По принципу регулирования скорости и положения электропривод может быть - нерегулируемый (исполнительный орган приводится в движение с одной постоянной скоростью), регулируемый (скорость движения исполнительного органа регулируется в соответствии с требованиями технологического процесса), следящий (перемещение исполнительного органа воспроизводится в соответствии с произвольно изменяющимся заданным сигналом), программно-управляемый (обеспечивает перемещение исполнительного органа в соответствии с заданной программой), адаптивный (автоматически обеспечивает оптимальный режим движения исполнительного органа) и позиционный (обеспечивает регулирование положения исполнительного органа рабочей машины).

• По роду механического передаточного устройства - редукторный и безредукторный.

• По роду электрического преобразовательного устройства различают:

- вентильный электропривод с полупроводниковым (тиристорным или транзисторным) преобразователями;

- управляемый выпрямитель – двигатель постоянного тока (УВ-Д);

- преобразователь частоты – двигатель переменного тока (ПЧ – Д);

- генератор - двигатель (Г-Д).

• По способу передачи механической энергии электроприводы могут быть индивидуальными (один двигатель и один исполнительный орган), взаимосвязными (несколько двигателей и несколько исполнительных органов) и групповыми (один двигатель, несколько исполнительных органов).

Большое внимание в курсе уделено рассмотрению электротехнических систем переменного тока, использующих в большинстве случаев асинхронные короткозамкнутые двигатели, реже – синхронные двигатели (обычно с возбуждением от постоянных магнитов), либо вентильные.

По существу к революционным изменениям в рассматриваемой области техники привело появление сравнительно дешевых и достаточно мощных (до 300 кВт в серийном варианте) транзисторных преобразователей частоты (ПЧ).

Система ПЧ-АД (либо ПЧ-СДПМ) по своим рабочим свойствам приближаясь к системам постоянного тока, одновременно сохраняет все преимущества асинхронного двигателя, как-то - надежность, долговечность, высокую перегрузочную способность, отсутствие щеточного контакта (а значит и искрения) и т.п.

По существу относятся к данной группе и приводы с бесконтактным двигателем постоянного тока (БДПТ), весьма близким по конструкции к СДПМ, и отличающихся от них только системой управления.

Также рассматриваются специальные системы с шаговыми и вентильными индукторными двигателями, и некоторые общие вопросы электротехнических систем, такие как нагрев и охлаждение и проверка двигателей по нагреву, а также расчет мощности и выбор электродвигателей для регулируемого привода.