Добавил:

Studfiles2 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Уфимский Государственный Авиационный Технический Университет

Предмет:

Промышленный электропривод

Файл:

Лекции по автоматическому электроприводу / Глава 1

.doc

Скачиваний:

102

Добавлен:

02.05.2014

Размер:

256 Кб

Скачать

☆

ЛЕКЦИИ ПО АЭП, ЧАСТЬ I

ЛИТЕРАТУРА

Ковчин С.А., Сабинин Ю.А. Теория электропривода: Учебник для вузов. – СПб.: Энергоатомиздат, 2000.
Егоров В.Н, Шестаков В.М. Динамика систем электропривода. – Л.: Энергоатомиздат, 1983.
Шестаков В.М., Дмитриев Б.Ф., Репкин В.И. Электронные устройства систем автоматического управления: Учебное пособие. – СПб: Изд. ЛГТУ, 1991.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ АЭП. МЕХАНИКА АЭП.

Классификация ЭП

По назначению: а) ЭП станков; б) ЭП роботов; и т.д.
По роду тока: а) ЭП постоянного тока; б) ЭП переменного тока.
По роду аппаратуры: а) тиристорные ЭП; б) транзисторные ЭП; в) микропроцессорные ЭП

По виду САУ:

а) аналоговые (непрерывные) СЭП;

б) цифровые (дискретные) СЭП;

в) цифроаналоговые СЭП;

г) линейные или нелинейные СЭП;

д) статические или астатические СЭП;

По выполняемым функциям:

а) грубое регулирование скорости (разомкнутые СЭП);

б) точное регулирование скорости (замкнутые СЭП);

в) слежение за произвольно изменяющимися входными сигналами;

г) программная отработка заданий (СЭП с программным управлением);

д) взаимосвязанное регулирование параметров (многодвигательные и взаимосвязанные СЭП);

Функции а)-д) считаются основными. К дополнительным функциям относятся:

а) сигнализация (диагностика); б) защита ЭП.

Механические характеристики рабочих машин и ЭД

1. Механические характеристики рабочих машин :

1 – не зависящая от скорости;

2 – линейно зависящая;

3 – нелинейно зависящая (вентиляторная);

4 – намоточно-размоточная.

2. Механические характеристики ЭД :

1 – СД;

2 – ДПТ с независимым возбуждением;

3 – ДПТ с последовательным возбуждением;

4 – трехфазный АД.

Согласование двигателей и характеристик происходит по следующим параметрам:

а) по диапазону регулирования скорости ;

б) по нагрузке (,);

в) по энергетическим показателям ().

1.3. Механические характеристики ДПТ

1. Механические характеристики ДПТ с независимым возбуждением

; где - конструктивная постоянная двигателя, - число пар полюсов; - число активных стержней; - число пар параллельных ветвей (количество обмоток в секции); .

РИС

1 – естественная характеристика ()

1' – инверсная характеристика

2 - - 1-я зона управления ЭД

3 - - 2-я зона управления ЭД

4 -

тормозные режимы:

5 – динамическое торможение: двигатель отключается от сети, якорь закорачивается на сопротивление;

6 – торможение противотоком;

7 – рекуперация. условия рекуперации: , реверс момента. Реализуется с помощью управляемого преобразователя, включенного в цепь якоря двигателя. Отдает энергию в сеть.

2. ДПТ с последовательным возбуждением

; ; ;

т.е. механическая характеристика нелинейная

РИС

1 – естественная характеристика;

2 - ;

3 – динамическое торможение;

4 – режим противотока.

У данных ДПТ , т.е. двигатель нельзя включать без нагрузки. По этой же причине рекуперация невозможна.

3. Пусковые и тормозные режимы ДПТ независимого возбуждения

Переходные процессы ДПТ определяются следующими уравнениями

- уравнение равновесия электрической цепи;

- символическая форма уравнения Даламбера.

Эти уравнения описывают движение ЭП в целом. Рассмотрим частные случаи.

1) Прямой пуск. Двигатели малой мощности запускаются напрямую от питания.

а) ; б)

РИС

2) Реостатный пуск

(-) ; ; ;

(--) ; ;

;

РИС

3) Рекуперация – энергия торможения отдается в сеть

(-)

(--)

РИС

4) Динамическое торможение. Якорь двигателя закорачивается на сопротивление

РИС

5) Противоток

, где - тормозной резистор.

РИС

1.4. Механические характеристики АД

1) Механические характеристики трехфазных АД

Индекс: 1 – статора; 2 – ротора.

При R₁=0 механическая характеристика описывается формулой

, где - критический момент; - скольжение, , .

РИС

1 – естественная ();

1' – реверс (меняются местами две из трех фаз);

2 - , ;

3 - или ;

4 – АД с фазным ротором , .

тормозные режимы

5 – динамическое торможение: на обмотку статора подается постоянный ток, тогда раскручиваемый ротор будет тормозиться;

6 – противоток (реверс): (меняются местами две фазы);

7 – рекуперация , реверс момента. Для торможения до нуля требуется ПЧ, который непрерывно снижает .

Пуск АД: Для ограничения пусковых токов большой мощности асинхронных машин или получения плавного пуска асинхронного привода применяют:

включение активных или индуктивных сопротивлений в цепи статора, которые выводятся в конце пуска;
"частотный" пуск через преобразователь, плавно изменяющий частоту питания двигателя ;
с фазным ротором;
реакторный пуск – включение индуктивных сопротивлений в цепь ротора. Вначале пуска частота тока в роторе близка к частоте сети, индуктивное сопротивление велико и ограничивает пусковой ток.

2) Механические характеристики двухфазных АД

Выпускаются на мощность до 1 кВт. Могут выполняться со сплошным или полым ротором. ОВ, ОУ – соответственно обмотки возбуждения и управления; Для сдвига фаз в цепь ОВ последовательно включают конденсатор емкостью 1-2 мкФ на каждые 100 Вт.

, при однофазном включении .

Примечание: при частотном управлении характеристики станут линейными и параллельными друг другу, при фазовом – только линейными.

РИС

1.5. Механические характеристики СД

1 – естественная ();

1' – реверс;

2 - .

Достоинства:

а) жесткость механических характеристик;

б) высокий коэффициент мощности .

, можно получить (емкостную реакцию машины) при ее перевозбуждении

На базе СД компонуют вентильные двигатели с широким диапазоном регулирования скорости.

1.6. Современные серии ЭД, применяемых в машиностроении

2П(Ф)-4П(Ф) – серия широкорегулируемых ДПТ. Предназначен для работы от тиристорных преобразователей. Имеют шихтованный статор, усиленный коллекторно-щеточный аппарат. Допустимый коэффициент пульсаций тока i до 7%.

= 1-1000 кВт; =2200 – 8000 об/мин; степень ослабления поля ; = 110, 220, 440, 660 В. 2 (10с) и 1,5 (60с).

ПБСТ – ДПТ, безобдувный, станочный, со встроенным тахогенератором.

=0,5-27 кВт; =110, 220, 440 В; =500-3000 об/мин; ; 4.

ПГТ – ДПТ с гладким якорем, со встроенным тахогенератором. Малоинерционный. Отсутствие зубцовой зоны позволяет увеличить поток, что приводит к увеличению момента ()и снижению индуктивности (следовательно, и ).

=0,65 – 10 кВт; =60, 110, 220, 440 В; ; 8.

ПБВ, 2ПБВ – ДПТ высокомоментный, безобдувный, с возбуждением от постоянных магнитов. Высокая удельная энергия магнитов позволяет получить усиленный магнитный поток и момент.

=0,5 – 10 кВт; =500 – 1500 об/мин; =50, 60, 110, 220, 440 В, 10.

ДПУ – ДПТ с печатным якорем, управляемый. Малый момент инерции.

до 10 кВт; =3000 об/мин; разгон 0-3000 за 0,2 с. Применяются в робототехнике. Срок службы до 5 лет (предыдущие до 10 лет).

4А – серия трехфазных короткозамкнутых АД. Предназначены для работы от тиристорных и транзисторных ПЧ. Малый момент инерции, пониженные потери, повышенные пусковые моменты.

=0,5 – 1000 кВт; =220, 380, 500 В; =750, 1000, 1500, 3000 об/мин; 2,5.

АО – однофазные АД. до 0,5 кВт; =220, 380 В; =1000, 1500, 3000 об/мин.

ДВУ – вентильные управляемые СД с ротором на постоянных магнитах.

до 10 кВт; =220, 380 В; =1000, 1500, 3000 об/мин; 10000.

1.7. Силы и моменты, действующие в электроприводе

Уравнения механики ЭП для поступательного и вращательного движения

- уравнения Даламбера

знак определяет разгон, торможение или установившийся режим. Различают двигательный и тормозной момент работы двигателя и активный и пассивный момент сопротивления движению. К пассивному моменту относят работу силы трения, к активному – силы тяжести, упругости. В общем случае уравнение примет вид .

1.8. Приведение моментов сопротивления и инерции к валу двигателя

Перед расчетом статики механики ЭП необходимо все механические величины привести к одной оси двигателя или механизма (чаще двигателя). - коэффициент передачи.