Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции - Лекции по ЭМС - файл 1.doc


Лекции - Лекции по ЭМС
скачать (18014 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc18014kb.16.11.2011 21:00скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...
Электромеханические системы - как совокупность электрической машины и рабочего механизма.

Электромеханические системы представляют собой вполне определенный класс технических систем – упорядочное, целесообразное сочетание взаимосвязанных и взаимодействующих механических, электротехнических, электронных и микропроцессорных компонентов, образующих определенную управляемую целостность. Важнейшей составляющей любой технической системы является привод, используемый для осуществления движения каких-либо элементов технических систем относительно других, преобразуя какой – либо вид энергии в механическую работу.

Автоматизация и механизация всех отраслей народного хозяйства приводит к облегчению труда, повышению благосостояния и повышению культуры производства. Специалисты в области автоматизированного привода должны быть хорошо знакомы с механическим оборудованием, технологией производства и уметь решать вопросы о способах регулирования скорости, рассчитывать переходные процессы ЭП и правильно выбирать мощность двигателя.


Структурная схема электромеханической системы

Привод всегда имеет два канала – силовой и информационный. По первому транспортируется преобразуемая энергия, по второму осуществляется управление потоком энергии, а также сбор и обработка информации о состоянии и режимах функционирования приводной системы в целом. Для осуществления как силовых, так и управляющих функций привода используются различные виды энергии. По виду применяемой энергии приводы разделяют на электрические (электроприводы), гидравлические, пневматические и комбинированные, а по способу подключения к источнику питания – с автономным и не автономным энергоснабжением.

ЭП представляет собой электромеханическое устройство, предназначенное для приведения в движение рабочего органа машины и управления технологическим процессом. ЭП состоит из преобразовательного устройства, двигателя, передаточного устройства и аппаратуры управления.





П – преобразовательное устройство. Служит для преобразования 3-х фазного переменного тока в другой род тока или изменение его параметров.

ПУ – передаточное устройство служит для согласования скоростей двигателя и рабочего органа или преобразования вида движения (редуктор).

АУ – аппаратура управления осуществляет стабилизацию или изменение параметров движения (перемещения, скорости, ускорения, силовых воздействий) передаточного устройств и рабочего органа, регулируя процесс преобразования и обмена энергией в силовом и информационном каналах управления, т.е предназначена для управлением технологическим процессом.

РО – рабочий орган механизма

По характеру движения различают электропривод вращательного и поступательного движения. По количеству исполнительных двигателей различают групповой взаимосвязи, индивидуальный привод.


Основные сведения о механике электропривода

Уравнение движения механической части ЭП


В механическом движении участвуют подвижная часть ЭД элементы передаточного устройства и РО. Совокупность этих элементов называется кинематической системой или механической частью ЭП.

Движение любого элемента механической части ЭП подчиняют законам физики:

1. При поступательном движении:

F – движущая сила

Fс – сила сопротивления движению

- изменение линейной скорости во времени

2. При вращательном движении:

Уравнение движения ЭП или уравнение равенства моментов это уравнение показывает что двигатель развивая вращательный момент уравновешивается моментом сопротивления и инерционным моментом.


М – вращательный момент

Мс – момент статического сопротивления движению

– изменение угловой скорости во времени

1) (сек-1),(р/сек)

ω – угловая скорость вращения

J – момент инерции. Характеризует механическую инерцию системы и определяется:

(кг*м2)

m – масса тела

ρ – радиус инерции

Заменим массу на вес, а радиус на диаметр



g – ускорение силы тяжести, g=9,81мс2

GD2 – маховый момент, дается в каталогах


Статический и динамический моменты в электромеханических системах


Разность значений моментов М и Мс называют динамическим моментом.

В зависимости от соотношения величин М и Мс движение может быть ускоренным, замедленным и равноускоренным.

М > Мс - ускоренное

М < Мс - замедленное

М = Мс - равномерное

Направление движения моментов М и Мс определяет их знак, +М если он будет действовать по направлению движения привода и —М если против движения привода. Следовательно М будет положительным если он развивает движущий момент и отрицательный если он работает в режиме тормоза.


Статические моменты делятся на активные и реактивные

К реактивным относятся всегда те, которые препятствуют движению они всегда отрицательны.

К активным относятся моменты от веса, сжатия, растяжения, кручения упругих тел. Все эти понятия связанны с изменением потенциала энергии привода. Если груз поднимают, то активный момент направлен против движения, т.е. потенциал момента отрицательный. Если же спускают то потенциал момента направлен в сторону вращения и является положительным.

С учетом вышеизложенного уравнение движения механической части ЭП можно переписать:



В данном уравнении моменты должны быть приведены к одной скорости вращения. Обычно двигатель приводит в действие производственный механизм через систему передач, отдельные элементы которой движутся с разными скоростями.

Для упрощения расчетов движение ЭП можно рассматривать на каком-нибудь одном электромеханическом элементе. Обычно в качестве такого элемента принимают вал двигателя, расчетную схему механической части привода можно представить моментом инерции, на которую воздействуют: электромагнитный момент и приведенный к валу двигателя момент сопротивления (статический момент).


По характеру изменения статического момента все механизмы делятся

1. Машины с постоянным статическим моментом (ленточные конвейеры, краны, лебедки и т.д.), для них статический момент неизвестен.



2. Машины у которых статический момент зависит от скорости (центробежные, осевые вентиляторы, насосы, турбокомпрессоры)



3. Машины со статическим моментом зависящим от пути (поршневые компрессоры, электровозы)



4. Машины у которых статический момент зависит от ряда технологических факторов изменяющихся случайно во времени ( горные машины)



Приведение моментов сопротивления от одной оси вращения к другой можно произвести на основании энергетического баланса системы. При этом потери мощности в промежутках передач учитываются введением в расчеты КПД. На основании равенства мощностей момент сопротивления механизма можно определить по формуле.



Мсм – статический момент механизма

ωМ – скорость вращения механизма

ηм – КПД передачи

ωд – скорость вращения двигателя






Приведение моментов инерции к одной оси основано на том, что суммарное значение кинетической энергии движущихся частей привода остается неизменным т.е.

Jд - момент инерции двигателя

J1 - момент инерции муфты

Jм - момент инерции механизма

При рассмотрении работы двигателя, приводящего в движение механизмы, необходимо, прежде всего, выявить соответствие механических характеристик двигателя характеристикам производственных механизмов.


Механические характеристики


^ Механической характеристикой называется зависимость угловой скорости двигателя от вращающего момента.



Механические характеристики можно разделить на 3 категории:

1. Абсолютно жесткая характеристика, при которой скорость, при изменении момента не меняется (такой характеристикой обладает синхронный двигатель)




2. Жесткая механическая характеристика. При которой скорость с изменением момента хотя и падает, но не значительно (ДПТ с параллельным и независимым возбуждением, асинхронный двигатель).



3. Мягкие характеристики со значительным падением скорости при изменении статического момента (ДПТ последовательного возбуждения).




Механическая характеристика может быть естественной и искусственной. Естественная представляет зависимость скорости от момента, при нормальных условиях работы двигателя (номинальное напряжение, поток, частота, отсутствие дополнительного сопротивления).

При нарушении номинальных условий работы двигателя получаем искусственную характеристику.

Статическая устойчивость двигателя


Под статической устойчивостью понимается такое состояние установившегося режима работы ЭП. Когда при случайном возникшем отклонении скорости от установившегося режима ЭП система возвращается в точку установившегося режима. Допустим, по какой либо причине скорость ЭП возросла до значения ω1. выясним, что произойдет со скоростью, если вызвавшее её изменения причина исчезнет.



Из характеристики двигателя и исполнительного органа видно что при скорости ω1 момент нагрузки Mc больше момента двигателя Мсн. тогда в соответствии с основным уравнением движения в системе двигатель - механизм будет действовать отрицательный динамический момент. Начнется процесс торможения, который закончится при скорости ω1. Допустим, произошло снижение скорости до уровня ω2 которая меньше нормальной скорости работы двигателя. В этом случае Мс2 меньше М2 и под действием уже положительного динамического момента скорость начинает возрастать пока не достигнет установившегося значения. Таким образом, система двигатель — механизм обладает свойством возвращаться к скорости номинального режима при возможных отклонениях от неё, т.е. движение в такой системе устойчивое. Привод считается устойчивым, если в точке номинального (установившегося) режима выполняется условие β<βc, где β - модуль жесткости.

Неустановившееся движение ЭП имеет место когда моменты двигателя и нагрузки отличаются друг от друга М≠МС. Наиболее типичными видами неустановившегося движения является пуск, торможение, реверсирование ЭП, а так же переход с одной скорости на другую. Неустановившееся движение называют переходным процессом или переходным режимом. Целью рассмотрения неустановившихся режимов является получение зависимости механических переменных ЭП: скорости, момента, угла поворота от времени.


Уравнение механической характеристики ДПТ


Общее уравнение механической характеристики для ДПТ.



U — напряжение питания (В)

Сд — коэффициент зависящий от конструктивных данных двигателя

Ф — магнитный поток, (Вебер – Вб)

М — вращательный момент, (Нм)

Rя -сопротивление цепи якоря.(Ом)

Скоростная характеристика (электромеханическая)

,

ДПТ параллельного и независимого возбуждения



Анализируя уравнение механической характеристики для данного двигателя получаем, что магнитный поток, возникающий в обмотке возбуждения, не влияет на процессы, происходящие в самом двигателе и при постоянном напряжении сети магнитный поток можно считать величиной постоянной и при М=0 получаем

- уравнение холостого хода

Второй член уравнения механической характеристики определяет изменения угловой скорости двигателя при изменении момента:



Δω – зависит от момента и от сопротивления в якорной цепи, с увеличением сопротивления скорость уменьшается

это механическая характеристика ДПТ является прямой линией тангенс угла которой определяется значением



^ ДПТ последовательного возбуждения



Обмотка возбуждения включается последовательно с якорем и по ней протекает якорный ток. Следовательно, магнитный поток является функцией тока якоря.

- активная мощность

Активная мощность связана с преобразованием электроэнергии в тепловую или механическую энергию.

- мощность двигателя



Характерной особенностью ДПТ последовательного возбуждения является. то, что изменение магнитного потока с изменением тока якоря оказывает большое влияние на скорость двигателя. Это видно из скоростной характеристики двигателя .

Предположим что магнитная цепь ненасыщенна, тогда Ф=СФ-IЯ, Сф = tga подставим это значение в формулу момента М = СДФ*12Я; СДФ=К, М=К*12Я и выразим из формулы значение тока . Подставим значение магнитного потока в уравнение механической характеристики и получим произведем замену тока и получим

- уравнение механической характеристики для ДПТ при последовательном возбуждении.



Анализируя уравнение механической характеристики, видим, что при уменьшении нагрузки скорость возрастает, а при М=0 скорость стремится к бесконечности. В реальных двигателях ток холостого хода не может быть равен нулю, вследствие потерь в стали и механических потерь, но угловая скорость может достигать опасных по условию механической прочности значений. Поэтому холостой ход недопустим. При увеличении момента скорость стремится к нулю.


^ Механическая характеристика ДПТ смешанного возбуждения




Механическая характеристика для данного двигателя выведена экспериментально.



Двигатель имеет 2 обмотки возбуждения магнитный поток машины определяется Ф=Ф1+Ф2. Вследствие нелинейной зависимости потока от тока якоря аналитическое выражение механической характеристики получить нельзя.



Действие магнитного потока на машину проявляется в её размагничивании. Для построения механической характеристики используя универсальные характеристики момента и скорости которые приведены в справочниках. Магнитный поток параллельно обмотке создает независимо от тока якоря поток поэтому двигатель может работать в режиме холостого хода:

Регулирование ЭП с таким типом двигателей может, осуществляется изменением напряжения, магнитного потока, добавочного резистора в цепи якоря. Эти двигатели обладают большой массой, габаритами, стоимостью и используются очень редко.


^ Механические характеристики АД переменного тока


Для вывода механической характеристики воспользуемся Т - образной схемой замещения.



U - первичное фазное напряжение.

I1 - фазный ток статора

Г2 - приведенный ток ротора

I0 - намагничивающий ток системы

X`1 - индуктивное сопротивление статорной обмотки,

Х"2 приведенное сопротивление роторной обмотки,

r1 - активное сопротивление статорной обмотки,

r2 - приведенное активное сопротивление роторной обмотки



Момент АД может быть определен из выражения электрических потерь.

(1)



Подставим значение S критическое в уравнение момента получим выражение критического момента.

(2)

Знак (+) относится к двигательному режиму, знак (-) к генераторному. Разделим (1) выражение на (2) и если пренебречь активным сопротивлением

ротора то получим упрощенную формулу момента. (3)

Анализируя выражение (1) видно, что при данном скольжении момент пропорционален квадрату движения, поэтому этот двигатель чувствителен к колебаниям напряжения сети. Построим механическую характеристику точек двигателя.





1) S=0 M=0 при этих значениях скорость двигателя равна синхронной

2)S=Sном M=Mном - соответствует скорости к номинальному моменту.

3) М=Мкр S=SKp

4) S=l, М=Мп- начальный пусковой момент

При скольжении S<0 но больше Sкр двигатель работает при номинальном режиме, при S=Sкp двигатель работает в режиме пуска. При S>1 двигатель работает в режиме противовключения и при S<0 двигатель переходит в генераторный режим.

Работа двигателя определяется перегрузочной способностью







а - АД с КЗ ротором б - АД с фазным ротором


Механическая характеристика и угловая характеристика синхронного двигателя (СД).


Механическая характеристика СД отличается от характеристики др. двигателей тем, что скорость является постоянной, при изменении нагрузки от холостого хода до максимума равна скорости магнитного поля созданного токами обмотки статора , р- число пар полюсов.

При холостом ходе оси ротора и рез-го магнитного поля статора почти совпадают в пространстве. Если к валу двигателя приложить нагрузку, ротор при своем синхронном вращении несколько отстает от вращающего магнитного поля статора. И между осями рез-го магнитного поля и полем ротора возникает некоторый угол 0. Вращающий электромагнитный момент синхронного двигателя определяется: числом фаз, напряжением, ЭДС и т.д.

хс - синхронное индукционное сопротивление обмотки статора. При sin90=l - момент максимален,

Зависимость вращательного момента от угла 0 называется угловой характеристикой двигателя.



При θ от 0 до 90 момент возрастает до максимума и двигатель работает устойчиво, при θ >90 вращающий момент начинает уменьшаться и двигатель выпадает из синхронизма, в это случае используются устройства для втягивания СД в синхронизм. Момент номинален при θ от 20 до 30. перегрузочная способность лежит в пределах .


Переходные процессы.


Под переходными процессами понимают процессы от перехода от одного состояния ЭП к другому, т.е. переход от покоя к вращению и обратно, от одной скорости к другой (пуск, торможение, реверс, сброс нагрузки). Для большинства работающих машин протекание переходных процессов имеет существенное значение. Например: для привода с цикличной работой производительность машин зависит от длительности пуска и торможения. Увеличение этих циклов приводит к увеличению длительности рабочего цикла, а следовательно к уменьшению производительности. Но при сокращении длительности этих режимов возрастают динамические нагрузки в элементах рабочей машины, что может привести к разрушению. Поэтому только нагрузочные диаграммы, построенные с учетом ПП делают возможным правильно спроектировать ЭП. Причины переходных процессов в ЭП являются механическая и электромагнитная инерционность. Механический ПП учитывается только механическая инерция движущихся частей. Электромагнитный ПП учитывает электромагнитную инерцию индуктивности обмоток электрических машин. ПП - описываются сложными дифференциальными уравнениями.


Потери энергии при переходных процессах.


Потери энергии имеют существенное значение при выборе двигателя, потери в якорной цепи ДПТ параллельного возбуждения определяются

ΔР=Р1-Р2=UI-Мω

Где:

Р1= UI - мощность подводимой к двигателю

Р2 = Мω - мощность на валу двигателя

Выразим ток через момент, а напряжение через скорость холостого хода:

,

Подставим эти значения в формулу (1) получим:

(2)

Потери энергии за время t определяется: (3)

Из уравнения ЭП получим подставим это значение в уравнение (3) и учитывая что за время t скорость изменилась от начального до конечного значения получим



Если статический момент равен нулю, т.е. двигатель, запущен без нагрузки и начальная скорость равна нулю конечная скорость равна скорости холостого хода то получим:



т.е. двигатель потребляет из сети половину энергии, часть которой преобразуется в механическую и передается якорю в виде кинетической энергии , а вторая половина теряется в цепи якоря главным образом на пусковые резисторы.

При торможении противовключением потери энергии равны тройному запасу кинетической энергии деленной пополам .При

динамическом торможении как и при пуске

Потери энергии для АД.

Припуске:

При динамическом торможении:

При реверсе:


Способы снижения потерь энергии в переходных процессах.

Снижение потерь имеет важное значение т.к. улучшает энергетические показатели ЭП.

1. уменьшение момента инерции

2. регулирование холостого хода двигателя.

Уменьшение момента инерции возможно за счет уменьшения момента инерции самого двигателя. Это возможно за счет использования малоинерционных двигателей имеющие пониженный момент инерции В этом случае двигатель выполняется с повышенным отношением длины якоря к его диаметру, с полым или дисковым якорем. Рационального конструирования механической передачи путем выбора оптимального передаточного числа редуктора, рациональных размеров и форм механической передачи. Замена одного двигателя двумя имеющими половинную номинальную мощность заменяемого двигателя.

Регулирование скорости может обеспечиваться для ДПТ изменением напряжения на якоре в системе УВ-Д управляемый выпрямитель двигатель, а для АД изменение частоты питающего напряжения, или числа пар плюсов в многокаскадных двигателях.


Пуск и торможение электродвигателя.


Пуск заключается в подключении к источнику энергии и разгоне до требуемой скорости. Режим пуска определяется величиной и характером статического и пускового момента. В зависимости от соотношения статического и номинального момента режимы пуска могут быть легкими, нормальным и тяжелыми. Если начальный статический момент не превышает 30-40% номинального пуск считается номинальным. Пуск центробежных насосов, вентиляторов. Если начальный статический момент больше 40%, но меньше 100% от нормального то режим пуска считается нормальным. Если начальный статический момент больше 100% номинального то режим пуска является тяжелым. Для многих горных машин и механизмов. В процессе остановки ЭП в системе действуют инерционные силы стремящиеся удлинить время остановки. Для уменьшения времени остановки применяют механическое и электрическое торможение.


Пуск ДПТ.

Ток якоря:

Где Rд - внутреннее сопротивление двигателя.

При пуске двигателя W0=0, ЭДС=0, тогда пусковой ток определяется т.к. внутреннее сопротивление мало то включение двигателя на полное напряжение вызывает бросок тока превышающий номинальный в несколько раз. Для ограничения пускового тока необходимо последовательно в цепь якоря включать добавочные пусковые резисторы, которые уменьшают пусковой ток .По мере увеличения скорости двигателя будет расти ЭДС и ток определятся значением . С увеличением скорости момент и ток двигателя будут уменьшатся. Для поддержания величин Iп и Мп в необходимых пределах нужно уменьшить величину пускового сопротивления. Это осуществляется автоматически.



M1 - максимальный пусковой момент соответствующий полному сопротивлению цепи якоря.

М2 - момент при котором происходит переключение реостата на сведущую механическую характеристику и назад.

МПРЕДВАРИТ - предварительный момент благодаря наличию которого пуск происходит плавно без рывков он служит для натяжения механизма (выбор слабины, канатов, цепи).

Для двигателей последовательного возбуждения.




Пуск АД

Для пуска АД с фазным ротором используют пусковые реостаты включенные в цепь ротора. Аналогично ДПТ пусковые резисторы уменьшают пусковой ток, а затем автоматически выводятся из цепи.

Реостатный пуск

В маломощных сетях, сечение проводов которых невелико, а протяженность значительная, для ограничения пускового тока применяют пуск с активным или индуктивным сопротивлением, включенным в цепь обмотки статора. Соответствующим подбором сопротивления Rдоб можно ограничить пусковой ток до любого необходимого значения. Однако при этом уменьшаются пусковой и критический моменты из-за снижения напряжения на обмотке статора, вызванного падением напряжения на сопротивлении Rдоб.




АД с короткозамкнутым ротором.

О

существляется прямым включением в сеть на полное напряжение. Этот двигатель работает со значительным пусковым током, иногда пуск таких двигателей осуществляется включением дополнительных резисторов в цепь статора.



Запуск СД.

При подключении СД к источнику питания пусковой момент не развивается, ротор по причине инерционности не может мгновенно достичь частоты вращения равной частоте вращения магнитного поля статора, поэтому между полюсами возбуждения ротора и вращающимся полем статора не возникает прочной магнитной связи создающей синхронный вращающий момент. Для пуска СД необходимо привести ротор во вращение с частотой близкой к частоте вращения статора. Существует несколько способов пусков двигателя, для его реализации используют стержни пусковой обмотки расположенные в полюсных наконечниках ротора. Для пуска СД обмотки возбуждения вначале подключают на сопротивление, которое превышает активное сопротивление обмотки в 10 раз. Статорную обмотку подключают к 3-х фазной сети.


Пуск двигателя с переключением обмоток статора со звезды на треугольник





Рисунок - Схема пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором путем переключения обмоток статора со звезды на треугольник.


Пуск двигателя с переключением обмоток статора со звезды на треугольник возможен, когда обмотка статора может быть соединена звездой и треугольником. Установив предварительно переключатель Q2 в положение а (соединение звездой), выключателем Q1 включают двигатель в сеть. После окончания пуска выключатель Q2 перекидывают в положение б, благодаря чему обмотка статора оказывается соединенной треугольником. Напряжение на фазе обмотки статора во время пуска будет меньше номинального в 3 раза. Вследствие этого, ток фазы уменьшится в той же степени, а поскольку линейный ток больше фазного в 3 раза, пусковой линейный ток при таком способе пуска будет меньше по сравнению с прямым пуском в 3 раза. Одновременно в 3 раза уменьшатся пусковой и максимальный моменты, так как они пропорциональны квадрату фазного напряжения.

Ввиду значительного снижения пускового момента указанный способ возможен в основном при малых моментах сил сопротивления на валу двигателя.


^ Тормозные режимы двигателя.

Возможны 3 вида электрического торможения: генераторный с возвратом энергии в сеть, динамическое торможение и противовключением. Генераторное торможение осуществляется при скорости вращения якоря или ротора больше скорости идеального холостого хода. В этом случае ЭДС двигателя больше подводимого напряжения к двигателю, и ток тормозной определяется .Из этого выражения видно что направление тока меняется на боратное. т.к. ток поступает от двигателя в сеть такой режим торможения применяется при торможении спуска груза когда груз опускаясь может вращать якорь со скоростью ω>ω0.



В АД направление вращения вращающегося магнитного поля статора совпадает с направлением вращения ротора.

Динамическое торможение может быть использовано при любой скорости вращения якоря двигателя. В этом случае двигатель отключается от сети и замыкается на тормозное сопротивление, обмотка возбуждения остается включенной в сеть для создания неизменного магнитного потока.



Величина тока определяется , для уменьшения величины тормозного тока в цепь включается динамическое сопротивление .



Для ДПТ последовательного возбуждения используются режимы динамического торможения, в этом случае двигатель отключается от сети и замыкается на тормозное сопротивление.



В АД динамическое торможение осуществляется подключением обмотки статора к источнику постоянного тока, обмотка ротора для АД с фазным ротором замыкается на сопротивление. Машина начинает работать как синхронный генератор с неподвижными полюсами. Ток постоянно протекает по обмотке статора создавая неподвижное в пространстве магнитное поле, т.е. возбуждает АД. Превращение ротора в нем наводится ЭДС под действием, которого в обмотке ротора протекает ток. Создаваемый магнитный поток неподвижен в пространстве. Взаимодействие тока ротора с результирующим магнитным полем АД создается тормозной момент за счет чего достигается эффект торможения.




АД с фазным ротором

2 - АД с КЗ ротором


Торможение противовключением.

Для ДПТ параллельного или независимого возбуждения возможно при всех значениях скорости вплоть до полной остановки. При противовключении якорь вращается в обратную сторону, при этом ЭДС действует согласно с приложенным напряжением . Подобный режим можно осуществить только при ведении в цепь якоря большого сопротивления чтобы ограничить ток торможения.



Конденсаторное торможение

Конденсаторное торможение двигателя осуществляется следующим образом. К зажимам двигателя подключают конденсаторы, которые в рабочем режиме повышают коэффициент мощности (cos φ) сети. После отключения пускателя двигателя от сети возникает генераторный режим самовозбуждения, тормозные механические характеристики которого показаны на рисунке 6 для различных значений емкости.





Схема конденсаторного торможения


n

MT

Рисунок 6 - Механические характеристики двигателя при конденсаторном торможении.


Обычно частота токов статора низка (составляет 2...5%. от частоты питавшей сети). Следовательно, частота вращения магнитного поля статора будет невысокой (60...150 мин -1), скорость двигателя быстро снижается, и при скорости равной скорости вращающегося поля токов разряда, торможение прекращается. Если на валу двигателя нет механической нагрузки, конденсаторное торможение не может обеспечить полной остановки двигателя, поэтому этот вид торможения используют совместно с другими видами, обычно с динамическим.

Конденсаторное торможение применяют для двигателей, мощность которых не превышает 4...5 кВт, так как для более крупных двигателей значительно возрастают затраты на монтаж и эксплуатацию конденсаторных установок.

Регулирование скорости ЭП

Основные сведения о регулировании скорости.

регулированием называется принудительное изменение скорости в зависимости от требований производственного процесса. Основными показателями, характеризующими различные способы регулирования скорости является: 1-диапазон регулирования, 2-экономичность способов регулирования, 3-плавность, 4-стабильность работы на заданной скорости, 5-допустимая нагрузка.

Диапазон или предел регулирования определяется отношением максимальной угловой скорости к минимальной при моменте вращения на валу равен номинальному значению.



Экономичность регулирования определяется потерями в регулировочных устройствах и характеризующиеся КПД двигателя. Плавность регулирования характеризуется отношением двух соседних скоростей при регулировании.



Плавность регулирования определяется количеством ступеней регулирования. Чем больше ступеней имеет регулирующее устройство, тем большую плавность можно получить.

Стабильность работы на заданной скорости характеризуется изменением угловой скорости при заданном отклонении момента нагрузки и зависит от жесткости механической характеристики. Стабильность работы тем выше, чем жестче механическая характеристика. Допустимая нагрузка при регулировании скорости зависит от способа регулирования и определяется допустимым по условию нагрева моментом, возможно регулирование скорости осуществлять при постоянном моменте или при постоянной мощности.


^ Регулирование скорости ДПТ.




Из формулы видно что скорость регулировать возможно изменением RЯ,

Ф - магнитного потока, и подводимого напряжения.

а) ДПТ параллельного, независимого возбуждения.

Способ введения в цепь якоря дополнительные сопротивления используется для кратковременного регулирования скорости т.к. этот способ имеет ряд недостатков.

1. значительные потери мощности.

2. уменьшение жесткости механической характеристики при увеличении сопротивления приводит к снижению стабильности работы привода.

3. уменьшение пределов регулирования с уменьшением нагрузки на валу двигателя. При малых нагрузках регулирование практически невозможно.


ДПТ параллельного возбуждения

Регулирование скорости двигателя путем изменения магнитного потока производится при помощи реостатного включения в цепь общего возбуждения изменяя ток возбуждения изменяется магнитный поток. С уменьшением магнитного потока скорость возрастает. Этот способ регулирования скорости возможен только для регулирования скорости выше номинальной т.к. магнитная система в номинальных режимах насыщена, поэтому увеличение тока возбуждения не вызывает заметного увеличения магнитного потока, а следовательно снижения скорости.



Механические характеристики отличаются от электромеханических тем, что при уменьшении магнитного потока скорость холостого хода возрастает, а момент короткого замыкания уменьшается.



Это более экономичный способ т.к. ток возбуждения составляет 1-10% от тока номинального. Для различного значения U углов скорость(ω) будет определяться: ;


ДПТ - последовательного возбуждения.

При введении в цепь якоря добавочного сопротивления скорость будет уменьшаться, т.е. стабильность характеристик будет невысокой. Диапазон регулирования 2; 2,5:1. Недостатки такие же что и для ДПТ параллельного возбуждения. Используется такой способ на электровозах, кранах, трамваях. Изменение магнитного потока можно осуществлять путем включения регулирующего резистора параллельно обмотке якоря или обмотке возбуждения.

В первом случае увеличение сопротивления приводит к уменьшению тока шунта следовательно к уменьшению тока возбуждения и увеличению скорости. При сопротивлении стремящемуся к бесконечности получаем естественную характеристику, при уменьшении регулирующего сопротивления ток шунта и ток возбуждения будет увеличиваться, скорость падать и получим естественную характеристику.



Во втором случае с увеличением регулирующего сопротивления, Iш уменьшается и при Rрег=∞Iш будет равен 0. А ток возбуждения равен току якоря, при этом получим естественную характеристику двигателя. С уменьшением Rрег ток шунта возрастает, ток возбуждения уменьшается и скорость возрастает, получим семейство искусственных характеристик.



Первым способом можно регулировать скорость ниже номинальной, а во втором случае выше номинальной.


;;

Следовательно, изменение U приводит к тому, что механические характеристики будут располагаться параллельно друг другу, т.е. иметь одинаковую жесткость и высокую стабильность механических характеристик.



В разомкнутых системах диапазон регулирования соответствует 10:1 в замкнутых системах диапазон 1000:1. Этот способ является экономичным по необходимости учитывать потери мощности в устройстве, посредством которого происходит изменение напряжения, и затраты на это устройство. Такой способ характерен для системы (Г-Д) или управляемый выпрямитель-двигатель.


Регулирование скорости ДПТ последовательного возбуждения изменением подводимого напряжения, осуществляется с помощью генератора, тиристорного преобразователя или последовательно параллельным включением двигателя.

При последовательно параллельном включении двигателей можно получить две ступени скорости благодаря изменению напряжения подводимого к двигателям. Такой способ осуществляется в том случае если один производственный механизм приводится одновременно двумя двигателями половинной мощности, такой способ регулировке используют в кранах, трамваях, ножницах по резке металла. При последовательном включении двигателей, на каждый двигатель приходится половина напряжения сети. При параллельной работе каждый двигатель оказывается включен на полное напряжение.


^ Регулирование скорости АД.


Угловая скорость АД определяется:




Из уравнения видно, что можно изменяя число пар полюсов и частоту тока сети. Скольжение зависит от активного сопротивления цепи ротора. Изменяя сопротивление цепи ротора можно регулировать скорость. Этот способ используется для АД с фазным ротором и обладает рядом недостатков; большие потери на регулировочных резисторах, уменьшение жесткости характеристик с ростом сопротивления. Такой способ регулировки используется для кратковременного снижения скорости и используется в подъемно транспортных устройствах, вентиляторах, насосах мощностью до 1000 кВт. Изменение скорости путем изменения числа пар полюсов возможно для двигателей, имеющих обмотку статора с возможным переключением, с целью изменения числа пар полюсов. Число пар полюсов только целое число, регулирование скорости происходит ступенчато. Этот способ регулировки используется только для АД с короткозамкнутым ротором, где переключение обмотки статора происходит на целое число р обмотка ротора автоматически приспосабливается к избранному числу полюсов. Переключение полюсов осуществляется изменением напряжения тока в отдельных половинах каждой фазной обмотки.

Схемы переключения обмоток статора.




Соединение Треугольник- двойная звезда.





Соединение Звезда- двойная звезда.


В этом случае момент снижается в 2 раза а скорость возрастает в 2 раза.

Регулирование скорости изменением числа пар полюсов является не плавным, а ступенчатым, но этот способ является экономичным, механические характеристики отличаются жесткостью. В металлорежущих станках, вентиляторах, насосов, элеваторах, нефтяной промышленности.


Частотное регулирование скорости АД.



При регулировании частоты возникает необходимость регулирования напряжения источника т.к. U≈E≈kфf.

Если при неизменном напряжении изменять частоту то поток будет изменятся обратно пропорционально частоте при уменьшении частоты поток возрастает, это приводит к изменению тока, увеличению температуры обмоток двигателя, т.к. происходит насыщение стали машины. При возрастании частоты сети поток уменьшается, но уменьшается момент. Регулировка таким способом возможна только в замкнутых системах. В разомкнутых системах напряжение регулируется функцией частоты по некоторому закону, зависящему от нагрузки.

Экономически выгодно частотное регулирование в повторно кратковременных режимах работы, где имеет место частое изменение направления вращения с интенсивным торможением. Для осуществления частотного регулирования используют преобразователи, на выходе которых меняется напряжение и частота. Преобразователи можно разделить на электромашинные и вентильное.

Электромашинное преобразование выполнено с промежуточным звеном постоянного тока и непосредственной связью. Если напряжение меняется пропорционально частоте, максимальный момент снижается это происходит в следствии уменьшении потока двигателя и увеличения доли падения напряжения на активном сопротивлении статора. При этом критическое скольжение уменьшается.



Для поддержания достаточной перегрев, способности во всем диапазоне регулирования необходимо при малых частотах, уменьшать напряжение в меньшей степени, чем снижается частота.


^ ЭП по системе генератор-двигатель (Г-Д).

В системе Г-Д любой режим работы двигателя можно получить изменением величины и полярности подводимого к якорю напряжения.

Уравнение механической характеристики системы Г-Д имеет вид.




- сопротивление цепи якоря состоит из сопротивления якоря двигателя, сопротивления якоря генератора, и проводов;

- ЭДС генератора.

Выбор мощности имеет большое значение т.к. определяет затраты и эксплуатационные расходы промышленных установок. При применении двигателя недостаточно мощности не обеспечивается нормальная работа механизма, снижается производительность, возможен быстрый выход из строя. При выборе двигателя с завышенной мощностью, ведет к увеличению расхода электроэнергии и снижению коэффициента мощности. Правильно выбранный по мощности двигатель должен быть загружен мощностью близкой к номинальной и не должен перегреваться выше допустимой температуры. Кроме того он должен обеспечивать нормальную работу при кратковременных перегрузках и удовлетворять условиям пуска. Выбор мощности производится по нагреву с последующей проверкой по перегрузочной способности и по условиям пуска. Допустимая температура нагрева двигателя определяется теплостойкостью применяемых изоляционных материалов. По теплостойкости изоляционные

материалы делятся на классы:

Класс

A

E

B

F

H

C

Допустимая температура

105

120

130

135

180

>180

Номинальная мощность соответствует номинальным режимам работы при температуре окружающей среды 400, и эффективность охлаждения зависит от плотности окружающей газообразной среды. Максимально допустимая температура наиболее нагретых частей двигателя равна допустимой температуре нагрева изоляции. Температура максимального нагрева соответствует максимальному превышению температуры τmax. С увеличением температуры двигателя растет интенсивность отдачи тепла в окружающую среду, в следствии чего повышение температуры замедляется. Когда количество теплоты отдаваемого двигателем в окружающую среду становится равным количеству тепла выделяемого в двигателе, рост температуры прекращается и нагрев достигает установившегося значения.



Тн - постоянная времени нагрева двигателя в течении которого двигатель достигает установившегося значения, если бы не было отдачи тепла в окружающую среду. В зависимости от условий ухудшения теплообмена постоянная теплообмена уменьшается. Для АД открытого исполнения Р≈ 10кВт Тн≈ 15-30мин, для закрытых АД Тн =25-75мин. Для мощных двигателей Р≈ 100 кВт Тн достигает несколько часов.

Процесс нагрева и охлаждения двигателя может характеризоваться различными постоянными времени., если при охлаждении двигателя вызванного его остановкой, условия его теплоотдачи изменятся, изменится и постоянная времени. Количественно ухудшение теплоотдачи при неподвижном роторе.

, где А и А0 - теплоотдача соответственно при неподвижном роторе и номинальной скорости вращения. Для двигателей с независимой вентиляцией β=1. Для двигателей без принудительного охлаждения β=0,95-0,98, самовентилируемых β=0,45-0,55, защищенных самовентиляцией 0=0,25-0,35.

Мощность, которую может иметь двигатель не перегреваясь, выше допустимого предела зависит от продолжительности и характеристик нагрузки, различают 3 основных типа работы двигателя длительный, кратковременный, повторно-кратковременный. При длительном режиме работы рабочий период настолько велик, что перегрев двигателя достигает своего установившегося значения.



τ- превышение температуры двигателя над температурой окружающей среды;

τуст- установившееся значение превышения температуры.

При кратковременных режимах работы двигатель работает в течении рабочего периода, которого недостаточно для достижения установившегося значения. Время остановки т.е. время охлаждения достаточно для того чтобы двигатель охладился до температуры окружающей среды.



Повторно кратковременный режим работы - это режим, при котором рабочий период чередуется с периодом остановки и продолжительность цикла не превышает 10 мин. Этот режим характеризуется относительной продолжительностью включения, которая определяется.





Выбор мощности двигателя при длительном режиме работы:

1) при неизменной нагрузке. В этом случае номинальная мощность должна быть равна или несколько больше расчетной на 10-20%. В этом случае по каталогу выбирают двигатель с ближайшей расчетной мощностью.

2) Выбор мощности при переменной нагрузке в этом случае используется метод эквивалентного тока.



Пусть двигатель работает по графику, каждому значению тока соответствует определенное значение потерь мощность. Полные потери в двигателе состоят из потерь . Переменные потери это потери в обмотках якоря, статора, ротора, которые пропорциональны квадрату тока и значению сопротивления с учетом того что время цикла Tц=t1+t2+t3+…+tn.

Tц=



Для ДТП независимого возбуждения при постоянном магнитном потоке момент пропорционален току.





Все эти формулы действительны для ЭП работающего со скоростью близкой к номинальной и принудительной вентиляции.

Выбор мощности при кратковременном и повторно кратковременном режимах. При кратковременном применении двигателя специально рассчитанные для такого режима работы. В этом случае по расчетной мощности и времени работы. В этом случае по расчетной мощности и времени работы двигателя выбирают по справочнику с условием:



Для двигателя с ПК режимом работы определяют расчетную мощность при одноступенчатом режиме и продолжительность включения.





При мощности нагрузки мощность определяется как эквивалентная.







В этом случае, когда рассчитывается продолжительность включения и механизм обладает продолжительностью отключения отличной от стандартной необходимо произвести перерасчет мощности на действительно продолжительные включения:






Этим соотношением пользуются если фактическое отношение находится от 15-60%. Существует ряд стандартных ПВ(25,40,60).


^ Основные виды электрических схем.

Схемы делятся на принципиальные и монтажные. Принципиальная схема представляет собой полный состав элементов и связей между ними. На принципиальных схемах элементы и аппаратура располагаются так, чтобы схема была удобна для чтения и понимания вне зависимости от того где эти элементы расположены в действительности. На монтажной схеме отражается действительное расположение элементов и узлов электрооборудования. Монтажная схема это рабочий чертеж по которому производится монтаж отдельных аппаратов электрической схемы и соединения между ними. Чтобы быстрее понять принцип действия сложной схемы её дополняют структурной и функциональной схемами. Структурная показывает состав элементов их место в системе и характер связи между ними. Структурная схема в которой дано распределение системы на элементы по роду выполняемых ими функций называется функциональной схемой.

Принципиальная схема а)



Структурная б)




Функциональная в)



Условное обозначение обычно вычерчивается для отключенного положения схемы. Изображение контактов реле, кнопок, автоматических выключателей, и коммутационной аппаратуры вычерчивается так, чтобы воображаемая сила действующая на подвижную часть контакта замыкала замыкающий контакт и размыкала размыкающий контакт.



Линии связи в схемах вычерчиваются полностью. В сложных схемах иногда обрывают линии связи удаленных друг от друга элементов, обрыв заканчивается стрелками с обозначением мест подключения.

Для чтения схем с разнесенным изображением все элементы одного аппарата снабжаются одинаковыми буквенно-цифровыми позиционными обозначениями. Составленные из букв русского или латинского алфавита и арабских цифр. Названия элементов пишется сверху или справа от элемента. В принципиальных схемах может присутствовать ЭП в этом случае схема делится на силовую часть которая вычерчивается сплошной толстой линией и цепь управления которая выполняется сплошной тонкой линией.


Защиты в схемах управления ЭП.

Защита необходима для предотвращения аварии электрооборудования и устранения дальнейшего развития возникшего повреждения. Устройство защиты устанавливается как в силовых цепях, так и в цепях управления.

Основные виды защит:

1 защита от токов короткого замыкания

2 МТЗ - максимальная токовая защита (даже при кратковременном превышении тока)

3 защита двигателя от перегрузки сети

4 нулевая защита от самозапуска

5 защита от обрыва цепи обмоток возбуждения

6 защита от перенапряжения возникающая в эл. цепях

7 защита синусоидальных двигателей от выпадения из синхронизма.

Защита от токов короткого замыкания- предотвращает развитие повреждения вызванная током в силовой цепи и цепи управления. Защита осуществляется автоматическими выключателями, предохранителями.

Автоматический выключатель устанавливается на вводе электрической цепи и применяется в цепях 3-х фазного и однофазного токов.



Защита предохранителями 3-х фазной силовой цепи имеет недостаток т.к. при перегревании 1-ой из плавких вставок двигатель будет работать на 2-х фазах это ведет к перегреву двигателя. В этом случае в сочетании с предохранителями в схему включают специальное реле контролирующие обрыв фаз и подающий команду на отключение двигателя.



РОФ- реле обрыва фаз это реле напряжения включенное между нейтралью обмотки статора и заземленное нулевым проводом. При 3-х фазном режиме работы двигателя, напряжение на катушке реле равно 0. При обрыве или отсутствии одной фазы на обмотке статора между нейтралью и нулевым проводом становится достаточным для срабатывания реле, напряжение должно быть 10-30% от номинального фазного напряжения сети.


Защита двигателя от перегрузки.

В этом случае в цепь 3-х фазного двигателя включается два однополюсных или одно двухфазное тепловое реле. Тепловое реле включают в цепь непосредственно, либо через трансформатор тока, а его контакты включены в цепь управления.

При наличии тока возбуждения контакт реле РОП замкнут и через него получает цепь управления. В случае обрыва цепи возбуждения РОП обеспечивается отключается двигатель. РОП имеет небольшую выдержку при случайных кратковременных колебаниях тока возбуждения

.

Защита от перенапряжения на ОВ.

Требуется при отключении обмотки от источника питания. В этом случае в следствии быстрого спада тока возбуждения а значит и магнитного потока возникает значительное ЭДС самоиндукции. Которая может вызвать пробой изоляции. Защита осуществляется разрядным резистором включенным параллельно обмотки возбуждения его сопротивление выбирается (4-5 раз) Rов при напряжении питания 220В и (6-8) Rов при напряжении 110В.

Для устранения потерь энергии в разрядном резисторе последовательно с ним включается диод он не пропускает ток через резистор при включении ОВ, но позволяет протекать току под действующее значение ЭДС самоиндукции при отключении ОВ.

Защита выпадения СД из синхронизма этот вид защиты выполняется на реле минимального напряжения и контактора форсировки возбуждения.



Катушка реле РН включается на меньшее напряжение сети и держит размыкающие контакты в цепи управления разомкнутым при резком изменении нагрузки на валу двигателя или по другим причинам. Напряжение в сети уменьшается до недопустимого значения чтобы сохранить перегрузочную способность двигателя необходимо увеличить его возбуждение это осуществляется контактором КФ, шунтирующим сопротивлением цепи ОВв. Напряжение возбуждения увеличивается возрастает ток возбуждения двигателя и его максимальный момент двигатель удерживает в синхронизме.

Электрические блокировки служат для обеспечения заданной последовательности операций при управлении предотвращая внештатные и аварийные ситуации и неправильные действия оператора. Повышая надежность работы ЭП и технологического оборудования.

При работе 2-х контакторов перекрестное включение размыкающих контактов в цепи катушек не допускает включения одного контактора при включении другого такой вид защиты используют в реверсивном ЭП. Для блокировки ЭП в случае чрезмерного разворота механизма используют путевой выключатель.



МТЗ - предназначена для срабатывания даже при кратковременном повышении установленного значения тока. Для защиты используется реле тока.

Нулевая защита или от самозапуска, при кнопочном управлении двигателя такую защиту осуществляет контактор или пускатели в этих схемах включены параллельно пусковой кнопке замыкающий блок контакты.

Зашита от обрыва цепи обмотки возбуждения применяется для ДПТ и СД и выполняется на реле минимального тока, катушка реле обрыва поля РОП включается последовательно с обмоткой возбуждения.








Скачать файл (18014 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации