Определение электропривода

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«КЕРЧЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

Кафедра «Электрооборудования судов и автоматизации производства»

 

Авдеев Б.А.

 

 

Судовые электроприводы

Часть 1: Теория электропривода

 

Курс лекций

для курсантов специальности 26.05.07 «Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики»

очной и заочной формы обучения

 

 

Керчь, 2016 г.

 

УДК 621.313

Составитель: Авдеев Б.А., к.т.н., старший преподаватель кафедры «Электрооборудование судов и автоматизация производства» (ЭСиАП) ФГБОУ ВО «КГМТУ» __________

 

 

Рецензент: Доровской В.А, д-р. техн. наук, профессор, профессор кафедры ЭСиАП ФГБОУ ВО «КГМТУ»__________

 

 

Курс лекций рассмотрен и одобрен на заседании кафедры ЭСиАП КГМТУ, протокол № 14 от 10.05.2016 г.

 

Зав. кафедрой ____________ Чёрный С.Г.

 

Курс лекций утвержден и рекомендован к публикации на заседании методической комиссии МФ ФГБОУ ВО «КГМТУ»,

протокол № 8 от 03.06.2016 г.

 

 

Ó ФГБОУ ВО «КГМТУ», 2016 г.

Содержание

Введение
Раздел 1. Общие свойства и механика электропривода
1.1 Определение электропривода
1.2 Механика электропривода. Силы и моменты, действующие в системе ЭП
1.3 Уравнение движения ЭП. Механические переходные процессы
1.4 Приведение статических моментов и моментов инерции к валу двигателя. Время пуска и торможения
1.5 Механические и электромеханические характеристики электрических машин. Критерии устойчивости
Раздел 2. Электромеханические свойства ДПТ
2.1 Естественные электромеханические и механические характеристики двигателя с параллельным и независимым возбуждением
2.2 Пуск двигателя с параллельным возбуждением постоянного тока и расчет сопротивлений ступеней пускового реостата
2.3 Регулирование скорости двигателя с параллельным возбуждением
2.4 Торможение и реверсирование ДПТ с параллельным возбуждением
2.5 Естественные электромеханические и механические характеристики двигателя с последовательным возбуждением
2.6 Пуск, регулирование скорости и тормозные режимы ДПТ со последовательным возбуждением
2.7 Электромеханические и механические характеристики двигателя со смешанным возбуждением
2.8 Импульсное управление ДПТ
2.9 Система «генератор-двигатель»
Раздел 3. Электромеханические свойства АД и СД
3.1 Естественная механическая характеристика АД
3.2 Пуск асинхронных двигателей в ход
3.3 Регулирование скорости АД
3.4 Торможение АД
3.5 Пуск, регулирование скорости и торможение синхронного двигателя
3.6 Скалярное управление электродвигателем
3.7 Векторное управление электродвигателем
Раздел 4. Переходные процессы и выбор электропривода
4.1 Процесс пуска ДПТ с независимым возбуждением и переходные процессы при торможении
4.2 Переходные процессы в АД и СД
4.3 Классификация режимов работы ЭД. Нагрузочные диаграммы
4.4 Выбор ЭД
4.5 Устойчивость электродвигателя
Список рекомендуемой литературы

Введение

 

 

Курс "Судовые электроприводы" связан с рядом ранее пройденных и параллельно изучаемых курсов. Важным является хорошее знание электрических машин, регулировочных свойств электродвигателей различных типов, способов создания искусственных механических характеристик двигателей. В связи с широким внедрением автоматизации на судах большое значение приобретает знание динамики электроприводов. Кроме того, для решения различных задач из теории электропривода необходимо знать особенности различных судовых механизмов, их нагрузочные характеристики, связывающие моменты сопротивления, возникающих на валах механизмов, с частотой их вращения.

В курс лекций входит изучение механических и электромеханических характеристик электрических машин, электромеханические свойства электроприводов, выбор электродвигателей и механические переходные процессы в электроприводах.

Данный курс предназначен для студентов, обучающихся по специальности 26.05.07 «Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики», для которых "Судовые электроприводы" является профилирующим предметом.

Раздел 1. Общие свойства и механика электропривода

 

 

Определение электропривода

Электроприводом называется электромеханическое устройство, предназначенное для электрификации и автоматизации рабочих процессов и состоящее из электродвигательного, передаточного (к исполнительному механизму) и управляющего устройств.

 

Рисунок 1.1 – Структурная схема автоматизированного электропривода

 

Информационная часть системы управления ИСУ вырабатывает воздействия, управляющие энергетической частью ЭСУ, воз­буждением электромеханического преобразователя ЭМП и передаточным механизмом ПМ, на основе информации о заданных режимах работы, о текущем состоянии системы и о протекании технологического процесса.

Электромеханическое преобразование энергии осуществляется в части двигателя, обозначенной на схеме ЭМП — электромеханический преобразователь энергии. Последний можно рассматривать как идеализированный двигатель, ротор которого не обладает механической инерцией и не имеет механических потерь. К такому ротору приложен развиваемый ЭМП при скорости ω электромагнитный момент двигателя М, и вырабатывается соответствующая энергия А_эм. Эта энергия передается реальному ротору двигателя РД как механическому звену и частично расходуется на увеличение запасенной в его массе кинетической энергии и на преодоление момента механических потерь двигателя. Оставшаяся часть механической энергии с вала двигателя А_ВД поступает через передаточный механизм ПМ в виде механической энергии А_Мех в исполнительный механизм ИМ и далее к его рабочему органу. На пути от вала двигателя до рабочего органа часть энергии затрачивается на увеличение запаса кинетической энергии движущихся масс ПМ и ИМ, а также на преодоление всех механических потерь в передачах и механизме.

Для ЭП характерны следующие преимущества:

1.Длительный срок службы и высокий КПД.

2.Высокая перегрузочная способность.

3.Сравнительно небольшие масса и габариты.

4.Возможность регулировать скорость в широких пределах.

5.Экономичность торможения, быстрый пуск и возможность реверсирова-ния.

6.Простота автоматического и дистанционного управления.

7.Простота генерирования и распределения эл. энергии.

8.Большое разнообразие типов электродвигателей, позволяющее выбрать двигатель, соответствующий условиям работы механизма.

Столь широкое, практически повсеместное распространение электропривода обусловлено особенностями электрической энергии – возможностью передвигать ее на любые расстояния, постоянной готовностью к использованию, легкостью превращения в любые другие виды энергии.

Координатами автоматизированного электропривода (ЭП) являются вращающий момент М, частота вращения ω, угол поворота вала φ электрического двигателя, перемещение L. Схемы управления ЭП подразделяются на схемы разомкнутого и схемы замкнутого типа.

ЭП со схемами управления разомкнутого типа относится к ЭП с параметрическим управлением, в котором регулирование координат осуществляется заданием параметров входных сигналов, таких как: величины U, I и частота f напряжения и тока, величины сопротивления R цепей обмоток машин и др. При параметрическом управлении в принципе невозможно получить точные значения регулируемых координат в условиях случайно изменяющихся значениях момента сопротивления нагрузки и момента инерции. Регулятора координат в разомкнутом ЭП нет, а есть только устройства задания управляющих сигналов. Примерами такого ЭП являются электроприводы якорно-швартовных устройств, грузовых кранов и лебедок.

ЭП со схемами управления замкнутого типа относится к ЭП, использующему обратные связи по выходным координатам. В состав ЭП входят регуляторы. В ЭП замкнутого типа возможно регулирование координат с заданными показателями качества при произвольных изменениях момента сопротивления нагрузки и ее момента инерции. Примерами такого ЭП являются электроприводы гребных электрических установок, траловых лебедок.

Классификация

По распределению механической энергии:

- групповые, в которых движение от одного ЭД передается через трансмиссионные передачи нескольким рабочим машинам (в настоящее время практически не используется);

- одиночные или индивидуальные, в которых каждая рабочая машина приводится в движение отдельным ЭД (иногда ЭД сливается с исполнительным механизмом в одно целое - например, вентиляторы);

- многодвигательные, в которых различные рабочие органы агрегата приводятся в движение отдельным ЭД (кран).

По способу управления:

- неавтоматизированные, в котором управление осуществляется вручную;

- автоматизированные, в котором персонал участвует только в осуществлении начального управляющего воздействия;

- автоматические, в котором персонал осуществляет лишь надзор за работой ЭП.

По роду передаточного устройства:

- редукторный, в котором ЭД передает вращательное движение передающему устройству, содержащему редуктор;

- безредукторный, в котором осуществляется движения от ЭД непосредственно рабочему органу.

По степени управляемости:

- нерегулируемый - для приведения в действие исполнительного органа рабочей машины с одной рабочей скоростью, параметры привода изменяются только в результате возмущающих воздействий;

- регулируемый - для сообщения изменяемой или неизменяемой скорости исполнительному органу машины, параметры привода могут изменяться под воздействием управляющего устройства;

- программно-управляемый - управляемый в соответствии с заданной программой;

- следящий - автоматически отрабатывающий перемещение исполнительного органа рабочей машины с определенной точностью в соответствии с произвольно меняющимся задающим сигналом;

- адаптивный - автоматически избирающий структуру или параметры системы управления при изменении условий работы машины с целью выработки оптимального режима.

По виду движения:

- вращательное однонаправленное;

- вращательное реверсивное;

- поступательное реверсивное.

 

Вопросы для самоконтроля.

1. Дайте определение электропривода.

2. Перечислите преимущества и недостатки ЭП

3. Назовите примеры многодвигательного электропривода

4. Почему групповой электродвигатель не применяется в современном производстве?

Литература [1-5]

 

 

1.2 Механика электропривода.

К валу ЭД, работающего в ЭП, приложены электромагнитный момент ЭД и статический момент исполнительного механизма. Как тот, так и другой момент может быть движущим или тормозным.

Движущим (вращающим) называется момент. действующий в направлении движения (положительный).

Тормозным называется момент, направленный навстречу движению и противодействующий ему (отрицательный).

Статические моменты делятся на реактивные, активные и демпфирующие.

Реактивный момент всегда является тормозным. При изменении направления движения он изменяет свое направление. Такой момент создают силы трения.

Активный момент всегда действует в одну сторону, независимо от направления движения и может быть как тормозным, так и движущим. Например, сила тяжести, растяжение и сжатие.

Демпферный момент, его называют также моментом вязкого трения – это момент от перемещения тела в среде жидкости. Он пропорционален скорости вращения или линейного перемещения и изменяет свой знак при изменении направления движения.

Действующий на вал двигателя статический момент представляет собой алгебраическую сумму моментов, создаваемых рабочим органом машины и силами трения.

Двигатель, рабо­тающий на подъем груза (рисунок 1.2 а) развивает поло­жительный движущий момент "М". Моменты груза М_гр и сил трения М_тр являются тормоз­ными и в сумме соз­дают нагрузку на ЭД. Если М_тр>М_гр, то для опускания последнего необходимо, чтобы ЭД создавал направлен­ный в сторону спуска движущий момент, который вместе с моментом груза преодолел бы М_тр (рисунок 1.2 б). Такой спуск называется силовым (спуск гака крана).

При опускании тяжелого груза (рисунок 1.2 в) момент груза является движущим. ЭД, включенный на подъем вместе с М_тр создают тормозной момент и ограничивает скорость спуска. В случае равенства движущих и противодействующих им тормозных моментов система будет находиться в состоянии покоя. С изменением моментов двигателя или нагрузки равновесие моментов нарушается, появляется разностный или динамический момент, который вызывает разгон или затормаживание системы привода.

При пуске ЭД, его торможении, изменении нагрузки и др. режимах (><U) изменяется скорость привода, что влечет за собой изменение запаса кинетической энергии системы. Для вращательного движения запас кинетической энергии

(1.1)

где - угловая скорость, рад/с; - момент инерции, кг м².

 

Рисунок1.2 - Взаимодействие моментов в системе привода

а - при подъеме груза; б – при силовом спуске; в – при тормозном спуске

 

Момент инерции

(1.2)

где m – масса вращающегося тела, кг; r – приведенный радиус инерции, м (расстояние от оси вращения до точки центра массы).

 

Вопросы для самоконтроля.

1. Перечислите силы и моменты, действующие в системе ЭП.

2. Чем отличаются активный и реактивные моменты?

3. Расскажите о моментах, действующих в системе ЭД на примере лебедки.

Литература [1-5]

 

 

12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: