3906

Теорiя електроприводa

Книга

Производство и промышленные технологии

Теорiя електроприводa Методичнi вказiвки щодо практичних занять з навчальної дисципліни Теорiя електропривода для студентiв денної та заочної форм навчання за напрямами: у тому числі скорочений термін навчання...

Украинкский

2012-11-09

2.21 MB

39 чел.

Теорiя електроприводa

Методичнi вказiвки щодо практичних занять з навчальної дисципліни "Теорiя електропривода" для студентiв денної та заочної форм навчання за напрямами: 6.050702 – «Електромеханіка» (у тому числі скорочений термін навчання), 6.050701 – «Електротехніка та електротехнології» (у тому числі скорочений термін навчання)


ЗМІСТ

Вступ 4

Перелік практичних занять 5

Практичне заняття № 1 Механіка електропривода 5

Практичне заняття № 2 Електропривод постійного струму 17

Практичне заняття № 3 Електропривод змінного струму 41

Практичне заняття № 4 Електромеханічні перехідні процеси 51

Практичне заняття № 5 Енергетика електропривода 59

Практичне заняття № 6 Розрахунок потрібної потужності електроприводів 69

Практичне заняття № 7 Реґулювання швидкості електродвигунів у
електроприводі 75

Список літератури 87


ВСТУП

В основу даних методичних вказівок покладено програму курсу лекцій з теорії електропривода, що викладається студентам денної та заочної форм навчання за напрямами: 6.050702 – «Електромеханіка» (у тому числі скорочений термін навчання), 6.050701 – «Електротехніка та електротехнології» (у тому числі скорочений термін навчання). Обсяг спеціальних знань, якими повинен за час навчання оволодіти майбутній інженер, значний і різноманітний. Для того щоб проектувати, досліджувати, налагоджувати та експлуатувати електропривод у різноманітних галузях техніки, необхідно вільно володіти математичними методами теоретичної механіки і теорією автоматичного керування, а також мати навички з експлуатації електричних машин, промислової електроніки, електричних апаратів, обчислювальної та вимірювальної техніки.

Систематична самостійна робота над курсом, що грунтується на розв’язанні конкретних задач з відповідних розділів названої дисципліни, сприяє глибокому розумінню теоретичних основ.

Паралельно з роботою над методичними вказівками студент самостійно розв’язує конкретну задачу будь-якого варіанту відповідного розділу та оформлює матеріал розрахунків і графіки у вигляді звіту.

При укладанні даних методичних вказівок використані матеріали професора Чуваського державного університету А.К. Аракеляна


ПЕРЕЛІК
 ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ

Практичне заняття № 1

Тема. Механіка електропривода

Мета: опанувати методи і набути навичок розрахунків характеристик технологічних механізмів, характеристик сумісної роботи двигуна й робочого механізму, приведених моментів опорів і моментів інерцій

Короткі теоретичні відомості

Електромеханічна система містить у собі обертову частину двигуна (ротор або якір), робочий орган механізму, який здійснює поступальний рух і приєднаний до вала двигуна через передавальний механізм (редуктор), і перетворювач поступального руху на обертальний – барабан з канатом. Ряд більш простих реальних електромеханічних систем (електроприводи вентиляторів, насосів, шліфувальних машин та ін.) не мають передавального механізму між двигуном і робочим органом механізму.

Зовнішніми силами, або моментами, які діють на електромеханічну систему, є рушійна сила або електромагнітний момент, що розвиває двигун – ,  і сила, або момент, статичного опору – , , до яких входять сила й момент, зумовлені виконанням роботи робочим органом, тобто створені робочими органами механізмів і силою або моментом тертя, що діють у всій механічній частині електропривода.

Зазвичай найбільш зручно зведення всіх названих сил і моментів до вала двигуна (іноді – до будь-якого елемента, у тому числі до робочого органа).

Приведення інерційних мас і моментів інерції окремих механічних ланок єдиної електромеханічної системи до вала двигуна полягає в заміні всіх мас і моментів інерції  одним еквівалентним моментом інерції  на валу двигуна. З урахуванням умов (1.1) отримаємо:

,

(1.1)

звідки

.

(1.2)

Зазвичай у каталогах для двигунів указується маховий момент , виражений у . У цьому випадку момент інерції в системі СІ визначається зі співвідношення .

При приведенні обертальних  і поступальних  переміщень ураховується відоме співвідношення швидкостей, яке виражається передаточним числом  або радіусом приведення .

Виходячи з цього, у загальному випадку переміщення механічних ланок у системі електропривода пов’язані так:

, 

(1.3)

Приведення моментів сил опору елементів кінематичного ланцюга здійснюється на основі балансу потужності в механічній частині електропривода. Якщо для механічної частини привода відомий ККД механічної передачі , то з балансу потужностей при передачі потужності від двигуна до робочого органа і назад обертальним і поступальним рухом відповідно:

; ; ; ,

(1.4)

де  – приведений до вала двигуна статичний момент опору робочого органа;

,  – момент і зусилля навантаження на робочому органі;

,  – передаточне відношення редуктора та радіуса приведення зусилля навантаження до вала двигуна, які визначаються за конструктивними параметрами перетворювальних механізмів. Формула (1.4) правдива лише для одномасової розрахункової схеми.

Сумарний приведений до вала двигуна момент статичного навантаження  у загальному випадку визначається з урахуванням співвідношень (1.4):

,

(1.5)

де  і  – число зовнішніх моментів  і сил , прикладених до системи, крім електромагнітного моменту двигуна;

, – ККД відповідних передач.

Електромагнітний момент електродвигуна () є вхідною величиною для механічної частини, тому при розрахунках сил і моментів, діючих на вал двигуна, беруть у розрахунках тільки статичне навантаження електропривода, яке, залежно від характеру навантаження, зображується на площині М,  відповідним графіком – механічною характеристикою виконавчого механізму (робочого органа)

і .

Сумісна дія  і  визначить величину і знак динамічного моменту, який чисельно дорівнює добутку , що визначає прискорення системи електропривода:

; .

(1.6)

Таким чином, рівняння руху системи у загальному випадку має вигляд:

.

(1.7)

Для усталеного режиму електропривода, для якого визначаються всі сили і моменти, це рівняння зводиться до:

.

(1.8)

Графічне зображення механічної характеристики робочого механізму (машини) й електродвигуна на площині , визначається відповідними співвідношеннями  або , а вигляд цих характеристик – особливими властивостями робочих машин і типом електродвигунів.

Приклади розв’язання завдань

Приклад 1.1. Визначити величину моменту на валу між двигуном і маховиком, а також на валу між маховиком і першою шестірнею механізму прокатного стана при пуску двигуна вхолосту та під навантаженням, нехтуючи втратами у двигуні й маховику. Момент, що розвиває двигун при пуску, .

Статичний момент, приведений до вала двигуна, при пуску під навантаженням, . Момент інерції маховика, приведений до вала двигуна, , іншої частини механізму .

Маховий момент ротора двигуна  .

Розв’язок. Загальний момент інерції механізму й ротора двигуна

; .

Прискорення двигуна при пуску під навантаженням

  .

Момент на валу між двигуном і маховиком при пуску під навантаженням

;

 .

Прискорення двигуна при пуску вхолосту

;  .

Момент на валу між двигуном і маховиком при пуску вхолосту

; .

Момент на валу між маховиком і першою шестірнею при пуску вхолосту

;

.

Приклад 1.2. Механізм піднімання мостового крана (рис. 1.1) має наступні дані:

, , , , , .

Рисунок 1.1

Уважати, що ККД передач не залежить від швидкості та навантаження і становить .

Визначити зведені до вала двигуна момент опору, момент інерції та маховий момент механізму для випадків піднімання та спускання вантажу .

Розв’язок. Швидкість піднімання та спускання вантажу

; ,

де ;

.

При підніманні вантажу

– момент опору на валу барабана

;  ;

– момент опору на проміжному валу

; ;

– момент опору на проміжному валу, приведений до вала двигуна

;   ;

– приведений маховий момент механізму

– приведений момент інерції механізму.

;   ;

При спусканні вантажу

– момент опору на валу барабана

;  ;

– момент опору на проміжному валу

;  ;

– момент опору на проміжному валу, приведений до вала двигуна

;   ;

– приведений маховий момент механізму

– приведений момент інерції механізму

;   .

Приклад 1.3. Визначити приведені до вала двигуна статичний момент і момент інерції механізму підйомника при підніманні вантажу масою 1300 кг зі швидкістю . Двигун обертається з кутовою швидкістю . Діаметр барабана , момент інерції . Коефіцієнт корисної дії передачі . Момент інерції редуктора, приведений до вала двигуна,  . Масою троса можна знехтувати.

Рисунок 1.2

Розв’язок. Статичний момент, приведений до вала двигуна, при підніманні вантажу

;  ;

Кутова швидкість барабана

;  ;

Передаточне число редуктора

;  ;

Момент  інерції механізму, приведений до вала двигуна

;

.

Приклад 1.4. Стала швидкість ліфта 3,5 м/с. При пуску прискорення кабіни дорівнює 2,5 м/с2. Визначити час t і шлях кабіни й момент інерції пасажира вагою 75 кг при пуску кабіни на піднімання. Привод безредукторний. Вал барабана та вал двигуна з'єднані муфтою. Діаметр барабана дорівнює 0,8 м.

Розв’язок. Шлях, пройдений кабіною

.

Швидкість руху ліфта

.

Час

;

.

Момент інерції пасажира

;

.

Приклад 1.5. Вал електродвигуна з’єднаний з робочим органом за допомогою довгого вала. Визначити кутову частоту  незгасаючих гармонічних коливань, що виникають у механічній системі із пружним зв’язком без зазорів і втрат, якщо довжина вала  , діаметр вала  , момент інерції ротора двигуна  , момент інерції робочого механізму  . Матеріал вала – сталь. Модуль зсуву сталі  , щільність сталі  .

Рисунок 1.3 – Двомасова механічна система із пружним елементом

Розв’язок. При зовнішньому імпульсі у системі виникають незгасаючі гармонічні коливання з кутовою частотою

,

де  – коефіцієнт твердості вала при крутінні, Нм;

,

де  – модуль зсуву сталі, Н/м, – радіус перерізу вала, м; – довжина вала, м.

1. Визначимо коефіцієнт твердості вала при крутінні :

;  .

2. Визначимо кутову частоту гармонічних коливань у системі

; .

Завдання до теми

Завдання № 1.1. Визначити згідно з варіантом частоту обертання вала двигуна  вантажопідіймального механізму, момент опору  на валу двигуна при рівномірному підійманні вантажу масою  зі швидкістю , а також потужність на валу двигуна . Кінематична схема механізму зображена на рисунку (1.4). Передаточне відношення редуктора від вала двигуна до барабана , загальний ККД механізму . Діаметр барабана .

Таблиця 1.1

варіанту

Значення необхідних параметрів

,

кг

,

м/с

,

Вт

,

м

,

кг·м2

,

кг·м2

0

100

1

1000

10

0,9

0,5

2

5

1

150

0,5

1300

8

0,91

0,6

3

6

2

200

1,2

1500

6

0,92

0,7

4

7

3

130

0,7

900

5

0,93

0,8

5

8

4

120

0,85

950

7

0,89

0,9

6

9

5

170

0,9

1120

9

0,88

1

7

10

6

80

1,5

1089

12

0,87

1,1

8

11

7

95

1,41

1367

14

0,86

1,2

9

12

8

135

1,68

834

15

0,85

1,3

3,5

14

9

160

1,8

1700

11

0,84

1,4

7,5

11

Рисунок 1.4

Визначити приведений момент інерції механічних ланок механізму до вала двигуна. Скласти еквівалентну, або приведену, розрахункову схему механізму. Момент інерції двигуна ; момент інерції барабана ; моментом інерції шестерень і валів знехтувати.

Завдання № 1.2. Визначити згідно з варіантом час гальмування електропривода , якщо початкова частота обертання вала електродвигуна , кінцева швидкість .

Приведений до вала електродвигуна момент інерції електропривода . Статичний момент, приведений до вала двигуна, . Узяти, що гальмування електропривода відбудеться при постійному гальмівному моменті .

Таблиця 1.2

варіанту

Значення необхідних параметрів

,

рад/с2

,

рад/с2

,

кг·м2

,

Н·м

0

200

100

0,2

4

2,5

1

300

200

0,3

5

2,7

2

400

300

0,4

6

2,8

3

500

400

0,25

7

2,9

4

600

500

0,35

8

2,6

5

700

600

0,45

9

2,55

6

800

700

0,15

10

2,65

7

900

800

0,5

11

2,45

8

1000

900

0,55

12

2,35

9

1100

1000

0,6

14

2,4

Контрольні питання

  1.  Яким чином здійснюється приведення махових мас до вала двигуна?
  2.  Яким чином здійснюється  приведення моментів опорів до вала двигуна?
  3.  Наведіть типові характеристики виробничих механізмів.
  4.  Яким рівнянням описується рух механічної системи електропривода? Що таке динамічний момент?
  5.  У чому різниця між активними та реактивними статичними моментами опорів?
  6.  У яких випадках можлива спільна робота двигуна і робочої машини?
  7.  Як визначається статична стійкість роботи двигуна і робочої машини?
  8.  За яким виразом перераховують маховий момент інерції в момент інерції?

Література: [1, с. 16-173; 4, с. 123-130; 10, с. 5-14; 11, с. 24-102; 12, с. 24-102; 16, с. 41-161; 20, с. 9-70; 23, с. 26-93; 24, с. 14-46].

Практичне заняття № 2

Тема. Електропривод постійного струму

Мета: опанувати методи та набути навичок розрахунку статичних характеристик електропривода постійного струму у двигунному та гальмівних режимах

Короткі теоретичні відомості

Кутова частота обертання двигуна: 

.

(2.1)

Рівняння електромеханічної характеристики ДПС НЗ: 

.

(2.2)

Момент, що розвиває двигун

.

(2.3)

Швидкість ідеального холостого ходу

.

(2.4)

Струм короткого замикання

.

(2.5)

Рівняння механічної характеристики ДПС НЗ: 

.

(2.6)

ЕРС двигуна

.

(2.7)

Активний опір якірної обмотки: 

,

(2.8)

де  ─ для двигунів постійного струму незалежного збудження;

 ─ для двигунів постійного струму змішаного збудження;

─ для двигунів постійного струму послідовного збудження.

Індуктивність обмотки якоря визначається відповідно до формули Уманського: 

,

(2.9)

де  ─ для компенсованих машин.

Момент інерції для машини постійного струму визначається за емпіричним виразом: 

.

(2.10)

Позначимо співвідношення: .

.

(2.11)

Опори пускових резисторів: 

;

;

;

.

(2.12)

Сумарний опір пускових резисторів: 

.

(2.13)

Значення електромагнітної сталої часу двигуна: 

.

(2.14)

Значення електромеханічної сталої часу: 

.

(2.15)

Розрахунок природних характеристик усіх типів двигунів виконують, використовуючи наявні аналітичні співвідношення і базуючись на паспортних номінальних даних. При цьому природна характеристика ДПС незалежного збудження, що являє собою (при загальноприйнятих припущеннях про лінійність електричної машини) пряму лінію, може бути побудована за двома точками: за точкою номінального режиму роботи ( і ) та ідеального холостого ходу ( і ). Із цих чотирьох координат слід визначити дві: 

 і ,

(2.16)

де  – коефіцієнт ЕРС;  – опір якірного кола двигуна, .

Для побудови реостатних характеристик, що проходять через точку  ідеального холостого ходу, слід знайти швидкість ДПС НЗ на даній реостатній характеристиці  при номінальному навантаженні: 

.

(2.17)

При побудові вказаних характеристик необхідно враховувати обмеження, застосовані до струмів під час тривалого режиму роботи, для забезпечення нормальної роботи двигуна за умовами нагрівання якоря. Обмеження за умовами комутації колектора належать до перехідних процесів. Обмеження під час тривалого режиму для ДПС виражені через  і  при . При зменшенні (послабленні) магнітного потоку умова  залишається незмінною. Однак для характеру навантаження  при послабленні магнітного потоку, що має місце при реґулюванні швидкості ДПС угору від основної, , де .

Реґулювальні характеристики при зміні напруги на якорі (при живленні якоря від реґульованого джерела живлення), а також при послабленні поля при номінальній напрузі якоря будуються так само, як і природні механічні (електромеханічні) характеристики за координатами двох точок: за швидкістю холостого ходу і за швидкістю при номінальному струмі (або моменті), що має місце при заданому конкретному способі реґулювання  або . Координати цих точок визначаються за відомими співвідношеннями  ( або ) і , де . Ступінь зменшення магнітного потоку при  і послаблення поля та пропорційного збільшення швидкості холостого ходу визначаються зі співвідношення:

.

(2.18)

Для розрахунку та побудови механічних характеристик двигунів постійного струму послідовного й змішаного збуджень необхідно користуватися універсальними залежностями ;  і  або , наведеними у відповідних завданнях.

Узявши за базові номінальні величини конкретного двигуна з єдиної серії, слід будувати природну електромеханічну та механічну характеристики двигуна в абсолютних одиницях. Користуючись цією характеристикою, можна будувати граничну характеристику і за заданим зовнішнім опором розрахувати і побудувати реостатну характеристику двигуна. При цьому можна користуватись відомими співвідношеннями: 

(2.19)

та

,

(2.20)

де  – кутова частота обертання двигуна при деякому (заданому) навантаженні на природній характеристиці, побудованій на основі універсальної характеристики,  – кутова частота обертання на штучній характеристиці.

Розрахунок відповідних характеристик, передбачених завданнями, проводять також на базі універсальної характеристики  з урахуванням співвідношення МРС і потоку НОВ до повних значень  і , які відповідно дорівнюють 0,72 і 0,85.

Приклади розв’язання завдань

Приклад 2.1. Визначити час розбігу електропривода з нерухомого стану до швидкості  , якщо середнє значення моменту, що розвиває електродвигун при пуску  , а момент інерції , статичний момент інерції двигуна .

Розв’язок. Кутова частота обертання двигуна

; .

Рівняння руху електропривода

,

або

;

.

З урахуванням того, що електропривод розганяється з нерухомого стану, одержуємо . Звідки

;  .

Рисунок 2.1

Приклад 2.2. Визначити швидкість обертання ДПС НЗ при  і введенні додаткового опору в коло якоря двигуна  з наступними паспортними даними:

, ,  , , .

Розв’язок. З рівняння швидкісної характеристики ДПС НЗ

визначимо номінальний магнітний потік

;  ,

де кутова швидкість двигуна

 .

Момент, що розвиває двигун

; .

Момент опору, прикладений до вала двигуна

;  .

Кутова частота обертання двигуна при  і введенні додаткового опору в коло якоря двигуна   визначається з рівняння механічної характеристики

;

.

Для побудови механічної характеристики двигуна необхідно визначити швидкість ідеального холостого ходу

;  .

Рисунок 2.2

Приклад 2.3. Для ДПС НЗ з паспортними даними:

,

який приводить в обертання лебідку, визначити:

  1.  режим роботи ДПС при спусканні вантажу, а також силу струму та момент при швидкості ;
  2.  режим роботи ДПС і його швидкість, якщо в коло якоря ввімкнений додатковий опір Ом і ;
  3.  струм якірного кола і кутову швидкість електродвигуна, якщо при підйомі вантажу відбулося послаблення магнітного потоку до величини , ;
  4.  струм якірного ланцюга і момент ДПС на початку і в кінці гальмування, якщо для умов пункту 3 понизили напругу якірного кола до величини 50 В і перевели двигун у режим гальмування противмиканням.

Розв’язок.

1. З рівняння швидкісної характеристики ДПС НЗ

визначимо номінальний магнітний потік

;  ,

де кутова швидкість ЕД

;  .

Для визначення режиму роботи привода необхідно порівняти швидкість ідеального неробочого ходу і кутову частоту обертання двигуна для першої умови, щоб дізнатися, у якому режимі працює електродвигун – у двигунному або ґенераторному (режим рекуперації з віддачею енергії в мережу).

Швидкість ідеального холостого ходу

;  .

Кутова частота обертання двигуна для 1-ї умови

;  .

Тобто визначена швидкість ЕД перевищує швидкість ідеального неробочого ходу, тому можна зробити висновок про те, що для 1-ї умови двигун працює в ІІ квадранті в режимі рекуперації з віддачею енергії в мережу. Тоді рівняння електричної рівноваги   набуде вигляду:

;

.

Струм якірного кола

; .

Момент, який розвиває двигун

;  .

Рисунок 2.3

2. Режим роботи для 2-ї умови характеризується збільшенням моменту опору та введенням додаткового опору в коло якоря, тобто жорсткість характеристики зменшиться. Для визначення режиму роботи (у I або IV квадранті) необхідно знайти момент короткого замикання.

Рівняння механічної характеристики

.

Момент короткого замикання (для нього кутова частота обертання дорівнює нулю)

.

; .

Визначили, що , тобто двигун працює в IV квадранті (ґенераторний режим). Цей режим називається силовим спускання вантажу.

Кутова частота обертання двигуна

;

.

Рисунок 2.4

3. Ослаблений магнітний потік

; .

Кутова частота обертання двигуна при ослабленому магнітному потоці

;  .

Струм якоря при ослабленому магнітному потоці

;  .

4. Кутова частота обертання двигуна при зниженій напрузі живлення для умов пункту 3

;  .

Кутова частота обертання та струм якоря при гальмуванні противмиканням:

на початку гальмування:

кутова частота обертання

;

струм якоря

;

;

 

у кінці гальмування:

кутова швидкість

;

струм якоря

; .

Рисунок 2.5

Стрибки струму при перехідному процесі набагато перевищують номінальні струми, тому необхідно розрахувати додатковий опір, який би обмежував стрибок по струму на рівні .

Додатковий опір знаходимо з рівняння балансу потужностей для режиму противмикання

;

;  .

Струм якоря на початку і в кінці гальмування в режимі противмикання при введенні додаткового опору

;  ;

;  .

Приклад 2.4. Для ДПС НЗ з паспортними даними

 визначити:

  1.  величину додаткового опору, при якому швидкість двигуна складе половину номінальної;
  2.  величину напруги на якорі двигуна, при якому швидкість двигуна складе половину номінальної;
  3.  величину магнітного потоку, при якому швидкість двигуна складе половину номінальної.

Розв’язок.

1. З рівняння швидкісної характеристики ДПС НЗ

.

Визначимо номінальний магнітний потік

Швидкість двигуна, котра дорівнює половині номінальної

 .

З рівняння швидкісної характеристики ДПС НЗ з урахуванням уведення додаткового опору

визначимо додатковий опір якірного кола

2. З рівняння швидкісної характеристики ДПС НЗ

визначимо напругу, при якій швидкість двигуна дорівнює половині номінальної

3. З рівняння механічної характеристики ДПС НЗ

визначимо магнітний потік, при якому швидкість двигуна дорівнює половині номінальної

де номінальний момент розвивається двигуном

;  ;

; .

Приклад 2.5. Для двигуна постійного струму незалежного збудження потужністю  (   ) розрахувати аналітичним і графоаналітичним методами опори пускових резисторів у чотири рівні. Максимальний струм перемикання . Струм статичного навантаження  . Визначити також мінімальний струм перемикання.

Розв’язок

Аналітичний метод

Співвідношення

; .

Опори пускових резисторів

Сумарний опір пускових резисторів

;  .

Сумарний опір кола якоря

;  .

Графоаналітичний метод

Номінальна кутова швидкість

;  .

Магнітний потік двигуна

;  .

Кутова швидкість ідеального холостого ходу

;  .

Будується природна характеристика , яка проходить через точки з координатами: ,  і , .

Мінімальний струм перемикання

;  .

Провівши вертикальні лінії через  і  до перетину з природною характеристикою, будується пускова діаграма в чотири рівні, починаючи від точки з координатами: , . Остання горизонтальна лінія повинна прийти в точку b.

Опори пускових резисторів

Повний опір пускових резисторів

;  .

Аналітичний і графоаналітичний методи розрахунку дали достатньо близькі значення пускових резисторів.

Рисунок 2.6

Приклад 2.6. Розрахувати пускові опори для двигуна постійного струму послідовного збудження типу ДП-82А (,    ). При статичному навантаженні двигуна струм у колі якоря . Максимальний струм перемикання  ; кількість пускових ступенів резистора .

Побудувати пускову діаграму привода.

Розв’язок. Номінальна кутова швидкість

;  .

Використовуючи універсальну характеристику , розраховують природну електромеханічну характеристику.

Рисунок 2.7

Таблиця 2.1

-

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

2,2

2,4

-

1,6

1,23

1,09

1

0,94

0,89

0,85

0,81

0,78

0,75

0,73

А

252

398

504

630

756

882

1008

1134

1260

1386

1512

1/с

99

76

67,4

61,8

58

55

52,5

50

48,2

46,4

45,1

На основі даних, наведених у таблиці, будують природну характеристику . Уліво від початку координат відкладають у відповідному масштабі величину внутрішнього опору двигуна  . Визначають кутову швидкість на природній характеристиці, яка відповідає струму :  . Провівши пряму через точку з координатами: , , паралельну до осі абсцис, знаходять точку А.

Опір якірного кола двигуна при  та

;  .

Відклавши значення опору  уліво від початку координат, знаходять точку В й будують допоміжну пряму АВ, що є характеристикою  при .

Задавши величину мінімального струму перемикання , методом поступового наближення знаходять  та відповідну йому кутову швидкість на природній характеристиці  , таким чином, щоб двигун запускався у чотири етапи. Провівши пряму через точку з координатами: ,  паралельно осі абсцис, знаходять точку С.

Опір якірного кола двигуна при  та .

; .

Відклавши значення опору  вліво від початку координат, знаходять точку D й будують допоміжну пряму CD, яка є характеристикою  при .

Починаючи з точки D, будують ламану лінію між прямими АВ і CD. Остання горизонтальна пряма накресленої ламаної повинна прийти  в точку А.

Величини опорів пускових резисторів визначають з графіка

                    

Штучна електромеханічна характеристика

,

де

Задаючи струм , знаходять на природній характеристиці відповідну йому кутову швидкість  і розраховують для заданого струму кутову швидкість на штучній характеристиці з відповідним опором кола якоря . Результати розрахунку зведені до таблиці.

Таблиця 2.2

А

252

378

504

630

756

882

1008

1134

1260

1386

1/с

99

76

67,4

61,8

58

55

52,5

50

48,2

46,4

1/с

80,7

54,7

42

32,8

24,6

17,6

11,3

5,42

0

-5,3

1/с

87,3

62,4

51,3

43

36,6

31,1

26,2

21,5

17,3

13,4

1/с

92,8

68,7

58,7

51,7

46,6

42,2

38,4

34,7

31,6

28,8

1/с

96,3

72,9

63,7

57,5

49,5

48,7

45,7

43,5

41,2

39,1

Рисунок 2.8

Штучні характеристики та пускова діаграма привода зображені на рисунку 2.8 у першому квадранті.

Завдання до теми

Завдання № 2.1. Для ДПС НЗ (табл. 2.7) згідно з варіантом визначити:

  •  для заданого режиму роботи № 1 розрахувати пускові опори та визначити швидкість і струм на природній характеристиці;
  •  для заданого режиму роботи № 2 визначити швидкість і струм на штучній характеристиці при початкових умовах з попереднього пункту;
  •  для заданого режиму роботи № 3 визначити швидкість і струм на штучній характеристиці при початкових умовах з попереднього пункту, розрахувати гальмівний опір для обмеження струму на початку гальмування на заданому рівні.

Для кожного режиму побудувати електромеханічні характеристики.

Таблиця 2.3 – Дані для режиму роботи № 1

№ варіанту

Режим роботи

Момент

Кількість пускових опорів

Значення струмів і моментів

0

Пуск двигуна за допомогою

пускових резисторів

активний

2

2,1

1,1

1

реактивний

3

2,2

1,15

2

реактивний

4

2,3

1,2

3

активний

2

2,4

1,25

4

активний

3

2,5

1,3

5

реактивний

4

2,6

1,1

6

реактивний

2

2,2

1,2

7

активний

3

2,3

1,3

8

реактивний

4

2,4

1,1

9

активний

4

2,5

1,15

Таблиця 2.4 – Дані для режиму роботи № 2

варіанту

Режим роботи

Момент

Значення величин, що змінюються

Вид

0

Зменшення напруги

активний

0,9

0,5

1

Збільшення напруги

реактивний

1,1

1,5

2

Зменшення магнітного потоку

реактивний

1

0,7

3

Збільшення магнітного потоку

активний

0,9

1,4

4

Уведення додаткового опору

активний

1,5

2

5

Зменшення напруги

реактивний

1

0,7

6

Збільшення напруги

реактивний

0,9

1,2

7

Зменшення магнітного потоку

активний

0,8

0,5

8

Збільшення магнітного потоку

реактивний

1

1,2

9

Уведення додаткового опору

активний

1,7

2,4

Таблиця 2.5 – Дані для режиму роботи № 3

№ варіанту

Режим роботи

Момент

Вид

0

Динамічне гальмування

активний

0,9

1

Гальмування противмиканням

реактивний

1,1

2

Гальмування противмиканням

реактивний

1

3

Динамічне гальмування

активний

0,9

4

Динамічне гальмування

активний

1,5

5

Гальмування противмиканням

реактивний

1

6

Динамічне гальмування

реактивний

0,9

7

Динамічне гальмування

активний

0,8

8

Гальмування противмиканням

реактивний

1

9

Гальмування противмиканням

активний

1,7

Завдання № 2.2. Розрахувати пускові опори для двигуна постійного струму послідовного збудження типу 4ПФ при статичному навантаженні двигуна струму в колі якоря . Максимальний струм перемикання ; кількість пускових ступенів резистора .

Побудувати пускову діаграму привода.

Таблиця 2.6 – Дані для режиму роботи № 1

№ варіанту

Кількість пускових ступенів резистора m

Значення струмів і моментів

0

3

0,5

2,5

1

2

0,55

2,6

2

4

0,6

2,7

3

4

0,65

2,8

4

2

0,7

2,9

5

3

0,75

3

6

2

0,8

2,9

7

4

0,85

2,8

8

3

0,9

2,7

9

4

0,95

2,6

Таблиця 2.7 – Параметри двигунів постійного струму

пор.

Типорозмір двигуна

РН

UH

IH

ККД

nH

nmax

Jд

кВт

В

А

об/хв

об/хв

кгм2

1

4ПФ112S

2,0

3,2

4,0

220

14,5

19,8

24,0

0,576

0,693

0,723

450

750

990

5000

0,047

2

4ПФ112M

3,0

4,3

220

20,0

26,4

0,603

0,680

475

730

5000

0,056

3

4ПФ112L

3,6

220

24,5

0,603

425

5000

0,063

4

4ПФ132L

8,5

11,0

220

54,4

62,8

0,680

0,760

515

800

4500

0,135

5

4ПФ160S

11,0

15,0

220

66,2

79,6

0,705

0,807

530

850

4000

0,250

6

4ПФ180M

20,0

220

114,5

0,750

450

3800

0,578

7

4ПФ112M

4,3

5,5

7,5

440

13,3

16,6

19,6

0,674

0,74

0,825

690

900

1450

5000

0,056

8

4ПФ112L

5,5

7,5

10,0

440

17,0

21,5

26,3

0,708

0,810

0,812

690

975

1320

5000

0,063

9

4ПФ132M

8,5

11,0

22,0

30,0

440

24,8

30,0

59,3

78,9

0,750

0,800

0,830

0,863

800

1090

1600

2300

4500

0,116

10

4ПФ132L

11,0

15,0

23,6

440

30,7

40,8

64,8

0,780

0,810

0,830

825

1030

1400

5000

0,135

Продовження таблиці 2.7

пор.

Типорозмір двигуна

РН

UH

IH

ККД

nH

nmax

Jд

кВт

В

А

об/хв

об/хв

кгм2

11

4ПФ160S

15,0

18,5

30,0

440

42,5

48,6

78,5

0,761

0,820

0,840

730

1090

1450

4500

0,250

12

4ПФ160M

18,5

22,0

440

49,6

56,8

0,808

0,845

775

1090

4500

0,290

13

4ПФ160L

22,0

30,0

440

58,7

77,0

0,813

0,855

775

1030

4500

0,325

14

4ПФ200M

55,0

440

144,0

0,849

1000

4000

0,355

15

4ПФ225L

110,0

440

282,0

0,870

1000

4000

0,680

16

4ПФ200M

27,0

45,0

90,0

440

78,0

121,0

226,0

0,782

0,822

0,886

500

750

1500

2500

3600

3600

0,355

17

4ПФ200L

37,0

55,0

110,0

440

104,0

147,0

275,0

0,786

0,833

0,891

500

750

1500

2500

3600

3600

0,440

18

4ПФ225M

45,0

132,0

440

125,0

230

0,790

0,891

500

1500

2500

3000

0,600

19

4ПФ225L

50,0

75,0

160,0

440

142,0

199,0

400,0

0,776

0,840

0,897

500

750

1500

2500

3000

3000

0,680

20

4ПФ250M

90,0

200,0

440

236,0

497,0

0,853

0,903

750

1500

3000

1,100

Контрольні питання

  1.  Як визначаються жорсткість статичної характеристики, статизм, статична помилка за швидкістю?
  2.  Механічні властивості двигунів незалежного збудження в двигунному  та гальмівних режимах.
  3.  Яким чином здійснюється розрахунок і побудова характеристик двигунів постійного струму за паспортними даними?
  4.  Наведіть штучні характеристики двигунів з незалежним збудженням при зміні напруги мережі живлення, при зміні опору якірного ланцюга та при зміні магнітного потоку.
  5.  Як здійснюється розрахунок пускових реостатів для двигунів з незалежним збудженням?
  6.  Розрахунок і побудова швидкісних характеристик двигунів з послідовним збудженням. Робота двигуна з послідовним збудженням у режимі динамічного гальмування.
  7.  Гальмівні режими роботи двигунів з незалежним збудженням з віддачею енергії в мережу.
  8.  Робота двигунів з незалежним збудженням у режимі динамічного гальмування.
  9.  Спеціальні схеми ввімкнення двигунів з послідовним збудженням. Шунтування якоря. Шунтування обмотки збудження.

Література: [6, с. 34-197; 9, с. 193-260; 10, с. 23-83; 12, с. 33-344, 371-397; 20, с. 9-70; 24, с. 46-83].

Практичне заняття № 3

Тема. Електропривод змінного струму

Мета: опанувати методи та набути навичок розрахунку статичних характеристик електропривода змінного струму у двигунному та гальмівних режимах

Короткі теоретичні відомості

Синхронна швидкість обертання

.

(3.1)

Номінальна кутова частота обертання

.

(3.2)

Синхронна кутова частота обертання

.

(3.3)

Номінальне ковзання

.

(3.4)

Номінальний момент двигуна

.

(3.5)

Співвідношення максимального і мінімального моментів

.

(3.6)

Критичне ковзання

.

(3.7)

Номінальний струм статора

.

(3.8)

Приведений номінальний струм ротора

.

(3.9)

Момент асинхронного двигуна

.

(3.10)

де  – число фаз статора.

Момент асинхронного двигуна за формулою Клосса

,

(3.11)

де  – співвідношення активних опорів статора й ротора.

Критичний момент

.

(3.12)

Активний опір обмотки фази ротора

.

(3.13)

Коефіцієнт трансформації ЕРС від статора до ротора

.

(3.14)

Приведені опори ротора до обмотки статора

.

(3.15)

Повний опір двигуна при нерухомому роторі :

.

(3.16)

Приведений активний опір ротора при s = 1

(3.17)

або

,

(3.18)

де ,

– пусковий момент двигуна,

– кратність пускового моменту.

Активний опір статора

,

(3.19)

де  – коефіцієнт насичення магнітного ланцюга.

Значення електромагнітної сталої часу двигуна

.

(3.20)

Значення електромеханічної сталої часу

.

(3.21)

Приклади розв’язання завдань

Приклад 3.1. Для асинхронного двигуна типу МТВ612-10 (; ; ; ; ; ; ) розрахувати аналітичним методом опори резисторів, які необхідно ввімкнути додатково в коло ротора для пуску двигуна в чотири рівні . Статичний момент навантаження при пуску дорівнює , максимальний момент перемикання .

Механічні характеристики двигуна на робочих ділянках уважати прямолінійними.

Розв’язок. Номінальна кутова частота обертання

;  .

Синхронна кутова частота обертання

;  .

Номінальне ковзання

.

Номінальний момент двигуна

;  .

Критичний момент двигуна

;  .

Максимальний момент перемикання

;  .

Момент статичного навантаження

;  .

Мінімальний момент перемикання

;  .

Активний опір обмотки однієї фази ротора

;  .

Співвідношення максимального і мінімального моментів

; .

Опори додаткових резисторів

Мінімальний момент перемикання

.

Мінімальний момент перемикання , тобто пуск двигуна здійснюється за заданим законом.

Приклад 3.2. Визначити середнє значення моменту при пуску асинхронного короткозамкнутого двигуна типу МТКН512-8 (). Статичний момент на валу двигуна .

Розв’язок. Номінальна кутова частота обертання

;  .

Синхронна кутова частота обертання

;  .

Номінальне ковзання

.

Номінальний момент двигуна

; .

Ковзання при статичному навантаженні

; .

Критичний момент двигуна

;  .

Індуктивний опір короткого замикання

; .

Критичне ковзання

; .

Середнє значення моменту при пуску двигуна

.

Ураховуючи, що при пуску двигуна  .

.

Відношення середнього пускового моменту до номінального

;

Приклад 3.3. Яку швидкість розвиватиме асинхронний двигун   при навантаженні номінальним моментом, якщо в коло ротора ввімкнений опір, приведене значення якого дорівнює 1,2 Ом, а в коло статора – індуктивний опір 0,75 Ом?

Розв’язок. Номінальний момент двигуна

.

Критичний момент

;

.

Критичне ковзання

; .

Ковзання при номінальному навантаженні двигуна

;

.

Візьмемо , оскільки sн1 не відповідає двигунному режиму.

Швидкість обертання двигуна

;  .

Приклад 3.4. Який опір потрібно ввімкнути в ротор чотириполюсного асинхронного двигуна   , при переході його в режим гальмування противмиканням, щоб одержати початковий гальмівний момент, який дорівнює 120% номінального, якщо швидкість спочатку гальмування складала 96% синхронної?

Розв’язок. Номінальна швидкість обертання

;  .

Номінальний момент двигуна

 .

Критичний момент

;

.

Критичне ковзання на реостатній характеристиці при гальмуванні противмиканням визначиться з рівняння

.

Момент, який розвиває двигун при перемиканні

;  .

Ковзання при перемиканні

;

.

Вибирається з двох значень ковзання те, яке відповідає меншому початковому гальмівному струму: .

Величина додаткового опору в роторі асинхронного двигуна визначається з виразу:

Завдання до теми

Завдання № 3.1. Згідно з варіантом для привода підіймального механізму взято електродвигун з наступними номінальними даними:

при ПВ, , , , .

Визначити швидкість електродвигуна  при моменті опору , розрахувати його механічну характеристику й залежність . Визначити величини додаткових опорів у колі ротора при моменті  і швидкостях ,.

Визначити опір у колі ротора, якщо двигун працює у ґенераторному режимі зі швидкістю  або в режимі противмикання зі швидкістю .

Таблиця 3.1

вар.

Значення необхідних параметрів

,

кВт

ПВ,

%

,

В

,

об/хв

,

А

,

кг·м

,

кг·м

,

об/хв

,

об/хв

,

об/хв

, об/хв

1

60

25

380

577

160

2,9

50

85

440

525

700

150

2

50

20

380

589

140

3,0

40

75

480

575

740

170

3

40

30

220

675

190

2,8

30

65

520

615

780

190

4

30

25

220

694

140

2,7

20

55

560

635

820

210

5

70

20

380

745

190

2,6

60

95

600

691

860

230

6

80

30

380

769

215

2,8

70

105

640

724

900

250

7

90

35

380

838

240

2,9

80

115

680

769

940

270

8

100

25

380

879

270

3,0

90

125

720

843

980

290

9

55

30

220

912

255

3,1

45

80

760

864

1200

310

0

75

35

380

976

200

2,9

65

100

800

927

1300

330

Контрольні питання

  1.  Які механічні властивості мають асинхронні двигуни в рушійному режимі?
  2.  Наведіть способи реґулювання швидкості асинхронних двигунів.
  3.  Яким чином здійснюється регулювання швидкості асинхронних двигунів зміною числа пар полюсів?
  4.  Яким чином здійснюється реґулювання швидкості асинхронних двигунів уведеням додаткового опору в коло ротора?
  5.  Яким чином здійснюється реґулювання швидкості асинхронних двигунів зміною напруги мережі живлення?
  6.  Яким чином здійснюється реґулювання швидкості асинхронних двигунів зміною частоти мережі живлення?
  7.  Несиметричні режими роботи асинхронних двигунів. Несиметрія статорної напруги.
  8.  Несиметричні режими роботи асинхронних двигунів. Несиметрія роторного кола.
  9.  Гальмівні режими роботи асинхронних двигунів. Ґенераторний режим з віддачею енергії в мережу. Режим противмикання.

10. Гальмівні режими роботи асинхронних двигунів. Режим динамічного гальмування.

Література: [6, с. 195-355; 9, с. 193-215, 261-291; 10, с. 83-127; 12, с. 128-216; 19, с. 7-58; 20, с. 154-208; 24, с. 83-128].

Практичне заняття № 4

Тема. Електромеханічні перехідні процеси

Мета: опанувати методи та набути навичок розрахунку електромеханічних перехідних процесів

Короткі теоретичні відомості

У даному розділі завдання передбачають розрахунок і побудову характеристик (кривих ,  або ) перехідних режимів електродвигунів у розімкнених системах електроприводів для режимів пуску, гальмування та реверса, які здійснюються ступенево за допомогою введених у якірне коло або у коло ротора двигуна опорів, або від реґульованого джерела живлення – керованого випрямляча чи перетворювача частоти з лінійним або експоненціальним заданням закону пуску, гальмування або реверса.

Під час пуску за допомогою пускових резисторів перехідні процеси в електроприводах відбуваються при незмінній напрузі живлення двигуна. При цьому нелінійність механічних характеристик двигунів  і робочих машин  не зникає, що в загальному випадку зумовлює нелінійну залежність динамічного моменту від швидкості. У цьому випадку рівняння руху має вигляд: 

.

(4.1)

У розрахунках ,  або  використовується рівняння, яке виражає зміну швидкості у часі: 

(4.2)

моменту

;

(4.3)

і струму

.

(4.4)

Розрахунок аналогічних характеристик для систем з асинхронним двигуном з контактними кільцями має таку особливість: крива струму ротора  розраховується для ненасиченого двигуна на основі залежності , яка виражена співвідношенням: 

,

(4.5)

де  і  – визначаються з наступних побудов функцій  і .

Основні співвідношення для розрахунку і побудови кривих ,  або  для режимів гальмування та реверса отримують на основі (4.3, 4.4) при зміні вихідних початкових умов відповідно до досліджуваного режиму.

Перехідні процеси під час пуску і гальмування електроприводів з двигунами, які живляться від реґульованих джерел живлення (керованих генераторів постійного струму і напівпровідникових випрямлячів або перетворювачів частоти), здійснюються при напрузі, що безперервно змінюється, або частоті струму і напруги за досить визначеним (наприклад, за лінійним) законом, який реалізується через відповідний елемент керування.

При незмінній керувальній дії джерела живлення і зміні навантаження на валу двигуна перехідні процеси у керованих системах мають той самий характер, що і при живленні двигуна від мережі з незмінною напругою. Змінюючи у часі  потрібним чином керувальну дію перетворювача, можна формувати необхідний характер протікання електромеханічного перехідного процесу пуску або гальмування електропривода.

Аналітичні вирази для розрахунків кривих ,  отримують на основі рівняння (4.2), у якому права частина стає змінною величиною, оскільки із завданням характеру пуску (або гальмування), тобто  або , маємо:

,

(4.6)

де  –початкове прискорення електропривода,

.

Ураховуючи, що при передбаченому способі пуску для більшості електроприводів, у яких , електромагнітна інерція незначно впливає на характер протікання електромеханічних процесів, з (4.2) з урахуванням (4.6) отримаємо у кінцевому вигляді рівняння  і  відповідно, необхідні для режиму пуску двигуна: 

.

(4.7)

де  – статичний перепад швидкості, ; 

– динамічний перепад швидкості,

;

 – електромеханічна стала, ;

– модуль жорсткості механічної характеристики двигуна, яка визначається жорсткістю характеристики двигуна у розімкнутій системі електропривода;

–початкове прискорення в режимі пуску.

Для режимів гальмування і реверса використовуються рівняння системи (4.7), до яких уводяться процеси двигуна у схемі Г-Д, досліджуючи з урахуванням особливості завдання , яка відображає інерційність обмотки збудження ґенератора. Тут завдання  має експоненціальний характер.

Завдання до теми

Завдання № 4.1. Розрахувати  та  побудувати криві ,  електромеханічних  перехідних режимів пуску і гальмування ДПС НЗ з технічними даними , що приводять у рух механізм з  із приведеним моментом інерції :

  •  при реостатному пуску двигуна в  ступенів для випадку  (рис. 4.1);

Рисунок 4.1 – Двигун постійного струму незалежного збудження

та його характеристики

  •  при пуску за допомогою реґульованого джерела живлення з лінійно заданим законом зміни напруги якоря, який забезпечує сталість прискорення

;

– при динамічному гальмуванні з додатковим опором  і . Перед гальмуванням двигун працював на природній характеристиці.

Примітки:

1. Електромагнітною сталою якірного кола знехтувати.

2. Режим рекуперативного гальмування реалізується заданням закону зміни напруги, який забезпечує сталість задання .

Таблиця 4.1 – Вихідні дані для варіанта 4.1

Вихідні дані

Підваріанти

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

, кВт

12

13

30

34

10

4,2

22

2,5

6,5

1,6

, В

20

110

220

220

220

220

220

110

220

110

, А

61

137

153

178

53

22,6

116,5

28,2

34,4

19,7

,

760

680

1000

1580

1100

1500

970

980

1500

940

,

1,15

2,1

1,12

1,43

1,15

0,5

1,85

0,4

0,95

0,125

, А

3,5

6,0

7,5

9,0

2,5

4,5

5,0

2,0

7,0

4,0

0,2

0,25

0,3

0,4

0,5

0,25

0,35

0,2

0,3

0,25

1

1,1

1

0,9

0,8

0,75

1

1,1

1

0,9

0,25

0,3

0,25

0,35

0,15

0,2

0,2

0,1

0,15

0,1

1

0,9

0,8

0,95

1

1

0,85

1

1

1

2

2

3

4

2

2

3

2

2

2

Завдання № 4.2. Визначити початкові та кінцеві умови при зміні параметрів режиму роботи електропривода (початковий і кінцевий режими взяти з таблиці 4.3 згідно з варіантом у табл. 4.2) без урахування електромагнітної інерції (параметри двигунів узяти з таблиці 4.4 згідно з варіантом у табл. 4.2).

Побудувати статичні характеристики початкового та кінцевого режимів роботи.

Визначити стрибок струму в перехідному режимі.

Розрахувати час перехідного процесу.

Побудувати графіки  та .

Розрахувати значення електромагнітної та електромеханічної сталих часу.

Методом кінцевих приростів розрахувати час перехідного процесу та побудувати графіки та при вказаному характері статичного моменту на валу двигуна (таблиця 4.5 згідно з варіантом у табл. 4.2).

Таблиця 4.2 – Дані з таблиць завдання згідно з варіантом

№ варіанту

Дані з табл. 4

Дані з табл. 3

Дані з табл. 2

№ варіанту

Дані з табл. 4

Дані з табл. 3

Дані з табл. 2

  1.  

1

1

1

  1.  

2

8

5

  1.  

2

2

2

  1.  

1

1

6

  1.  

3

3

3

  1.  

4

2

7

  1.  

1

4

4

  1.  

5

3

8

  1.  

2

5

5

  1.  

6

4

9

  1.  

3

6

6

  1.  

7

5

10

  1.  

4

7

7

  1.  

4

6

11

  1.  

5

8

8

  1.  

1

7

1

  1.  

6

1

9

  1.  

2

8

2

  1.  

7

2

10

  1.  

3

1

3

  1.  

4

3

11

  1.  

1

2

4

  1.  

3

4

1

  1.  

2

3

5

  1.  

2

5

2

  1.  

3

4

6

  1.  

1

6

3

  1.  

4

5

7

  1.  

3

7

4

  1.  

4

6

8

Таблиця 4.3 – Початковий і кінцевий режими роботи ЕП

№ пор.

Початковий режим

Кінцевий режим

1

Природна характеристика, двигунний режим,  (активний)

Увімкнення Rдоб=10Rн

2

Збільшення напруги якоря Uя=1,25Uян

3

Накид навантаження Ic=2Icн

4

Зменшення магнітного потоку кФ=0,8кФн

5

Перехід у режим динамічного гальмування зі введенням у якір опору Rдоб=10Rн

6

Перехід у режим противмикання зі введенням у якір опору Rдоб=14Rн

7

Природна характеристика, двигунний режим,  (реактивний)

Увімкнення Rдоб=12Rн

8

Зменшення напруги якоря Uя=0,85Uян

9

Накид навантаження Ic=2,5Icн

10

Перехід у режим динамічного гальмування з введенням у якір опору Rдоб=12Rн

11

Перехід у режим противмикання зі введенням у якір опору Rдоб=15Rн

Таблиця 4.4 – Паспортні дані двигунів

пор.

Рн,

кВт

Uян,

В

Iян,

А

, об/хв

,

Ом

,

Гн

J,

Н.м

,

Вб

1

4

220

24

900

1,40

0,0310

0,041

1,96

2

15

220

85,4

1400

0,29

0,0055

0,155

1,32

3

30

440

76,7

3070

0,34

0,0056

0,135

1,29

4

5,5

440

15,7

800

4,15

0,1050

0,080

4,42

5

11

440

30

1090

1,47

0,0400

0,142

3,50

6

11

440

30,7

825

1,62

0,0520

0,216

4,53

7

15

440

40,8

1030

1,01

0,0310

0,246

3,72

8

8

220

47,3

600

0,88

0,0230

0,216

2,87

Таблиця 4.5 – Характер навантаження

№ пор.

Характер навантаження

Параметри навантаження

1

Активний момент

2

3

4

Реактивний момент

5

6

7

Контрольні питання

  1.  За якими виразами здійснюють аналіз перехідних процесів у двигунах постійного струму незалежного збудження при нехтуванні електромагнітною  інерцією?
  2.  Яким чином можна визначити початкові та кінцеві умови перехідних процесів?
  3.  Як визначити час перехідного процесу двигуна постійного струму незалежного збудження?
  4.  Як впливає величина додаткового опору в роторному колі АД на тривалість розгону асинхронного двигуна?
  5.  Назвіть способи зниження пульсацій електромагнітного моменту АД.
  6.  Назвіть способи керування перехідними режимами систем електропривода і дайте їм коротку характеристику.
  7.  Яким чином наявність навантаження на валу АД впливає на характер та тривалість розгону?

Література: [1, с. 226-430; 11, с. 135-241; 20, с. 228-293; 23, с. 266-325; 24,
с. 358-473].


Практичне заняття № 5

Тема. Енергетика електропривода

Мета: опанувати методи та набути навичок розрахунку енергетичних режимів роботи електропривода

Короткі теоретичні відомості

Основними енергетичними показниками роботи електродвигуна в електроприводі є: корисна механічна потужність (), що передається з вала; електрична потужність (); ККД () і втрати електроенергії у двигуні (у джерелах живлення – при реґульованому електроприводі та у зовнішніх пускових або реґулювальних опорах, якщо використовуються подібні системи).

Для двигунів змінного струму важливими додатковими показниками є реактивна потужність, яка споживається з мережі або віддається, і коефіцієнт потужності (), який при синусоїдальних струмі та напрузі на затискачах двигуна визначається фазовим кутом зсуву між миттєвими значеннями цих величин (), тобто . При живленні двигунів змінного струму від перетворювачів частоти (інверторів струму (ІС) і напруги (ІН) і тиристорних реґуляторів напруги (ТРН), як і при живленні статичних (вентильних) перетворювачів – випрямлячів від мереж змінного струму, коефіцієнт потужності системи електропривода стає важливим економічним показником. Він визначається добутком коефіцієнта спотворення () і коефіцієнта потужності за першою гармонікою струму, тобто ,

де  – коефіцієнт струму, 

,

(5.1)

,

(5.2)

де  – діючий струм, що споживається перетворювачем з мережі;

– діюче значення першої гармонічної складової того самого струму;

– число фаз перетворювача (випрямлювача);

– кут відмикання вентилів і кут комутації відповідно.

У завданнях потрібно визначити втрати, ККД і необхідну потужність (енергію, що споживається), а також середньоциклічні ККД і  при роботі двигуна на природній характеристиці та перехідних режимах при пуску та гальмуванні електропривода.

Втрати, ККД і потужність, що споживається, при роботі двигунів на природній характеристиці, визначаються за заданим значенням моменту опору () та сталої частоти обертання () за відомим співвідношенням: 

,

(5.3)

де величина ККД при суттєвій відмінності  від  повинна бути уточнена за універсальною кривою , яка вказує залежність ККД від потужності, що віддається, справедливої для даної серії або типу двигуна.

Величина ККД двигуна визначає втрати потужності у ньому: 

.

(5.4)

У розрахунках передбачається замінити повні втрати на постійні  та змінні  так, щоб виконувалось співвідношення . При цьому, задаючи часткові значення постійних втрат від змінних і потім визначаючи останні, необхідно знайти сумарні втрати, які використовуються для подальших розрахунків.

Змінні втрати, що являють собою втрати, які залежать від навантаження, тобто від струмів, котрі проходять по обмотках, визначаються за відомими співвідношеннями.

Циклічні втрати розраховуються для повного (одного) циклу роботи, при якому втрати, як і споживання енергії, змінюються, оскільки за цикл відбуваються пуск, гальмування, реверс, а також робота на сталих швидкостях, на яких виконується корисна робота. Тому у даних випадках зручно використовувати метод еквівалентних величин, який базується на розумінні сумарних втрат, тобто

,

(5.5)

де  – миттєва потужність втрат, 

.

(5.6)

Підстановка  до (5.5) дозволяє отримати відомі вирази ;  і, , за якими, залежно від заданих кривих: функцій струму , моменту  або потужності  – розраховуються необхідні еквівалентні величини.

Втрати і споживання енергії на реґулювальних характеристиках визначаються не тільки значенням струму навантаження, але й опорами, у тому числі додатково ввімкненими у якірне або роторне коло асинхронних двигунів. Ці втрати залежать від глибини реґулювання й збільшуються з її ростом. Виняток складають механізми з вентиляторним характером навантаження. При реґулюванні швидкості напругою (для ДПС) або частотою (для АД) втрати у системі електропривода визначаються струмом навантаження, який проходить у колі з опорами  і .

При реґулюванні швидкості АД перемиканням числа пар полюсів обмоток статора втрати визначаються у функції ковзання, яке змінюється залежно від схем з’єднання обмоток, тобто від числа пар полюсів.

При порівнянні енергетичних показників різноманітних типів реґульованих електроприводів необхідно враховувати показники всіх використаних реґулювальних характеристик, ураховуючи тривалість роботи на кожній з них. Іншими словами, як енергетичні показники реґульованих електроприводів беруть інтеґральні показники за реґулювальний цикл роботи: витрати енергії, втрати і ККД.

Витрати енергії за цикл: 

,

(5.7)

де  – потужність, що споживається двигуном на i-й характеристиці;

– частина часу реґулювального циклу, протягом якого двигун працює на i-й регулювальній характеристиці.

Аналогічним способом може бути визначена корисна енергія за реґулювальний цикл: 

,

(5.8)

а ККД реґулювального циклу буде

.

(5.9)

Визначити та обґрунтувати середньоциклічний коефіцієнт потужності можна таким чином: 

,

(5.10)

де Pi, ti – активна потужність, яку розвиває двигун на i-й характеристиці, і час роботи на цій характеристиці відповідно;

;  – необхідна реактивна потужність і час для i-ї характеристики відповідно: 

,.

(5.11)

Втрати енергії при роботі у перехідних режимах двигунів постійного та змінного струмів в електроприводі внаслідок значної зміни потужностей, що віддаються і споживаються, зручно (замість середніх значень цих потужностей) визначати відповідно до споживання і віддачі енергії та її втрат (без урахування постійних втрат) за час перехідних процесів.

Під час перехідних процесів зі стрибкоподібною зміною напруги двигуна або частоти струму, тобто при , змінні втрати у ДПС і АД будуть: 

,

(5.12)

а втрати енергії: 

.

(5.13)

За відсутності навантаження на валу двигуна, тобто при  , тоді в кінці отримаємо: 

,

(5.14)

Як видно з (5.14), втрати енергії, зумовлені змінними втратами потужності, чисельно дорівнюють запасу кінетичної енергії, накопиченої масами привода за період розбігу.

У (5.14) ,  – початкове та кінцеве ковзання двигуна визначається відповідно до початкової та кінцевої швидкостей двигуна за відомою формулою і не має (з точки зору аналітичних розрахунків) відмінностей як для АД, так і для ДПТ.

За умови  підстановка  під інтеґрал втрат буде відповідно , тому у (5.14) з’явиться складова, яка враховує втрати енергії у перехідних режимах, зумовлена моментом опору: 

,

(5.15)

у якому другий доданок може бути обчислений за відомими функціями  і .

Втрати енергії під час пуску та гальмування ДПС або АД перемиканням опорів у якірному колі та колі ротора не залежать від числа пускових і гальмівних ступенів і визначаються при . Ця умова справедлива у даному випадку тому, що , тобто кількість руху , яка підводиться до якоря або до статора, залишається величиною сталою.

Визначення змінних втрат для асинхронних двигунів зумовлено необхідністю врахування їх для кіл статора. Для цього потрібно лише врахувати співвідношення опорів статорної та роторної обмоток, увімкнувши зовнішні опори кола ротора.

Суттєву відмінність у розрахунки змінних втрат для режимів пуску і гальмування вносить безпосередньо закон задання пуску, тобто закон зміни напруги якоря  або частоти струму асинхронного двигуна .

Закон зміни необхідного руху буде , оскільки . Тому витрати енергії та втрати у цих режимах визначаються з урахуванням законів зміни швидкості  та електромагнітного моменту  у відповідних інтервалах пуску. Так, на інтервалі пуску з лінійним завданням швидкості, тобто при ,

(5.16)

i

.

(5.17)

На інтервалі пуску зі сталою напругою (частотою струму)

(5.18)

i

.

(5.19)

У виразах (5.16) і (5.19) ,  – задані прискорення під час пуску й електромеханічна стала електропривода відповідно.

При виконанні  завдань за відповідними варіантами, наведеними у контрольних завданнях 5.2, слід ураховувати посилання у примітках з розрахунковими співвідношеннями (5.1) – (5.19) та вихідними даними.

Розрахунки енергетичних показників рекомендується виконувати вручну, а дані всіх показників вписати до таблиці.

Завдання до теми

Завдання № 5.1. Розрахувати потужність втрат і споживання двигуна постійного струму незалежного збудження (рис. 5.1) у електроприводі в сталому та перехідному режимах, який має технічні дані () і навантажений постійним моментом опору   ;

– визначити постійні, змінні та сумарні втрати потужності та енергії у двигуні, який пускається з номінальним навантаженням на валу, якщо прискорення при пуску постійне й визначається при моменті двигуна, середнє значення якого –  (рис. 5.1);

– визначити постійні, змінні та повні втрати і споживану потужність реґулювального режиму для швидкості  на реостатній характеристиці й ККД для цього режиму;

– визначити втрати у якірному колі й спожиту енергію у пусковому режимі під навантаженням, указаним в умові завдання, при ступеневому пуску в  ступенів зміною пускових опорів при  і при пуску в один ступінь з постійним еквівалентним електромагнітним моментом, який дорівнює ;

– розрахувати витрати електроенергії за цикл і визначити середньоциклічний ККД двигуна для цих режимів з урахуванням тривалості одного циклу.

Рисунок 5.1 – Двигун постійного струму незалежного збудження та пускова характеристика двигуна

Примітка. Номінальні сталі втрат узяти незмінними. Час гальмування взяти таким, що дорівнює часу пуску. Гальмування електропривода реалізується противмиканням двигуна під навантаженням, узятим у завданні. Час робочого режиму складає .

Завдання № 5.2. Розрахувати потужність втрат і споживання ДПС НЗ (рис. 5.2) в електроприводі у сталому і перехідному режимах, який має технічні дані  і навантажений постійним моментом опору ;

– визначити постійні, змінні та сумарні втрати для номінального режиму. Визначити номінальний ККД двигуна;

– визначити постійні, змінні та повні втрати і споживану потужність реґулювального режиму для швидкості  на реостатній характеристиці; ККД двигуна для цього режиму (рис. 5.2);

– визначити втрати і споживану енергію в якірному колі у пусковому режимі під навантаженням, указаним в умові завдання, при ступеневому пуску в  ступінь зміною пускових опорів.  і при пуску в  ступінь стрибкоподібною зміною напруги, яка визначається значенням ;

– розрахувати витрати електроенергії за цикл і визначити середньоциклічний ККД двигуна для цих режимів з урахуванням тривалості одного циклу: .

Рисунок 5.2 – Двигун постійного струму незалежного збудження та пускова характеристика двигуна

Примітка. Номінальні сталі втрати взяти незмінними для всіх режимів. Час гальмування взяти таким, що дорівнює часу пуску. Гальмування електропривода реалізується за схемою динамічного гальмування двигуна під навантаженням, узятого в завданні. Час робочого режиму складає .

Контрольні питання

Які вам відомі показники, що характеризують енергетичні параметри роботи електричної машини? Дайте їм характеристику.

Як визначається ККД електричних двигунів?

Яким чином втрати в електричних двигунах розподіляють на постійні та змінні?

Як визначити втрати в електричних двигунах?

Що таке електромагнітна потужність асинхронного двигуна?

Дайте порівняльну характеристику повній, активній та реактивній споживаним потужностям асинхронного двигуна.

Література: [12, с. 454-478; 16, с. 438-473; 20, с. 317-352; 24, с. 473-506].

Практичне заняття № 6

Тема. Розрахунок потрібної потужності електроприводів

Мета: опанувати методи та набути навичок розрахунку потужності електроприводів

Короткі теоретичні відомості

Для розв’язання задачі розрахунку потрібної потужності електропривода і вибору потужності приводного двигуна необхідно знати, як змінюється навантаження на валу двигуна у часі. Це дає можливість судити про характер зміни рівня гріючих втрат енергії у двигуні. Такий підхід дозволяє вибрати двигун з максимальною температурою ізоляції обмотки, яка не перевищує допустиму температуру. Ця умова є однією з основних для забезпечення надійної роботи двигуна протягом ґарантованого заводом терміну експлуатації.

З метою визначення навантаження двигуна електроприводів виробничих механізмів, які розглядаються у завданнях розділу 6.2, попередньо повинні будуватись навантажувальні діаграми, які вважаються залежностями моменту, що розвиває двигун, і потужності від часу, тобто  і . Під навантажувальною діаграмою механізму розуміють залежність статичного моменту  або . Таким чином, для двигуна навантажувальна діаграма більш складна, вона визначається не тільки статичним моментом опору, але й динамічним, оскільки

.

(6.1)

У цьому випадку електропривод працює у перехідних режимах, це значить . Тому для побудови навантажувальної діаграми  необхідно знання тахограми , яка повинна бути побудована за умовами задачі. Формули для розрахунків ; ;  виробничих механізмів розділу 6.2 визначаються специфікою роботи і, як правило, вони прості.

Більш складною є побудова навантажувальної діаграми електропривода, коли швидкість, прискорення та інші механічні змінні й параметри не залишаються постійними у процесі роботи механізму.

Під час вибору двигунів за потужністю слід орієнтуватись насамперед на еквівалентування режимів роботи двигунів у тепловому відношенні. Вибір і перевірка двигунів за умовами нагрівання полягає у співставленні параметрів режиму роботи, для якого даний двигун виготовлявся (цей режим називається номінальним), з параметрами режиму, у якому двигун повинен працювати у конкретній системі привода (механізму).

Для  електричних двигунів, що тепер виготовляються, передбачаються вісім номінальних режимів (S1-S8)  відповідно до міжнародної класифікації, з яких основними є три перші режими: тривалий режим (S1), короткочасний (S2) і повторно-короткочасний (S3).

Основними вихідними даними для розрахунку параметрів тривалого режиму, необхідного для вибору двигуна за потужністю, є залежність  на всіх етапах роботи і дані про характер руху електропривода у вигляді залежності . Ці основні вихідні дані сумісно з технічними даними механізму дозволяють розрахувати й побудувати навантажувальну діаграму, визначивши розрахунковий режим (тобто тривалість умикання) і розрахункові (вихідні) величини ,  і .

Особливість (складність) вибору двигуна за потужністю полягає в тому, щоб на основі розрахункових даних, отриманих із навантажувальної діаграми механізму, а потім – і двигуна, забезпечити найбільш близьку відповідність його температурного режиму стандартному номінальному. Найбільш просто задача вибору двигуна за потужністю розв’язується для тривалого режиму роботи механізму. Частково для номінального тривалого режиму (S1) роботи задача вибору розв’язується при неперервному режимі механізму, який має стале навантаження . Таким чином,

.

(6.2)

Однак у наведених завданнях режими роботи всіх механізмів повторно-короткочасні (S3). Унаслідок цього у (6.2) повинні бути враховані не сталі (безперервні) , а середні або еквівалентні моменти, які визначаються за конкретною навантажувальною діаграмою

.

(6.3)

Завдання до теми

Завдання № 6.1

  1.  Побудувати навантажувальну діаграму механізму вантажопідіймального пристрою (рис.6.1) і визначити розрахункову потрібну потужність двигуна, якщо задана вантажопідйомність механізму визначається масою піднятого вантажу на висоту , яка дорівнює , кг; швидкість рівномірного піднімання ,; передаточне число редуктора i, діаметр барабана , м; момент інерції барабана , ; .
  2.  Побудувати графіки     і  для робочого циклу, який складається з режиму піднімання вантажу та опускання пустого гака, визначити час циклу і ПВ, %.
  3.  Побудувати на основі графіків  і  залежність  за той самий цикл.
  4.  Визначити середні та еквівалентні моменти і потужності з подальшим їх співставленням між собою.
  5.  Визначити розрахункові параметри потрібного двигуна: ПВ, %,  і вибрати його за каталогом.

Рисунок 6.1

Примітки:

  1.  Прискорення під час пуску на піднімання:

(6.4)

де  двигунний момент дорівнює .

  1.  Сповільнення перед зупинкою  де  – гальмівний момент двигуна, .
  2.  При спуску пустого гака з масою  прискорення і сповільнення беруть в 1,5 від таких при підіймальних операціях, а .
  3.  Час паузи між режимами підіймання і спускання складає ,с.

Таблиця 6.1 – Вихідні дані для завдання № 6.1

Вихідні дані

Підваріанти

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

104

1,5104

1,5104

2,0 104

5103

104

8103

1,5103

2,5103

1,5103

10

15

20

20

18

12

15

20

25

30

0,25

0,2

1,0

1,0

0,8

0,3

0,35

0,4

0,8

1,0

45

45

35

35

35

40

35

38

30

30

0,4

0,4

0,5

0,5

0,45

0,4

0,5

0,5

0,6

0,6

18

20

18

14

14

16

15

14

12

10

2,0

2,0

2,5

2,5

2,5

2,0

2,0

2,0

2,5

2,5

1,2

1,2

1,5

1,5

1,5

1,2

1,2

1,2

1,25

1,25

10-3

10-3

210-3

2510-3

3010-3

10-3

1510-3

1510-3

10-2

210-2

20

25

25

20

20

25

20

20

15

10

Завдання № 6.2.

  1.  Побудувати навантажувальну діаграму механізму переміщення столу (рис. 6.2) масою ,кг; стругального верстата з деталлю масою ,кг, який розвиває швидкість під час прямого ходу ,м/с і зворотного – ,м/с, що переборює зусилля різання під час робочого (прямого) ходу ; хід столу ; передаточне число всієї передачі ; коефіцієнт тертя ковзання столу в напрямку ; ККД редуктора і рейки – 0,8.

Рисунок 6.2

  1.  Побудувати графіки     і  для повного циклу, який складається з прямого й зворотного ходів столу, визначити час  циклу і ПВ,%.
  2.  Побудувати на основі графіків  і  залежність  за цикл.
  3.  Визначити середні й еквівалентні моменти і потужності та зіставити їх.
  4.  Визначити розрахункові параметри потрібного двигуна    і вибрати його за каталогом.

Примітки:

  1.  Прискорення перед зворотним ходом і сповільнення при гальмуваннях

де  – повний момент електродвигуна, який дорівнює ;

– момент неробочого ходу механізму, який визначається при .

  1.  Перед входом різця у метал і у процесі різання  забезпечується системою керування двигуном.
  2.  Повний час циклу визначається сумою часу прямого й зворотного ходів, які складають .

Таблиця 6.2 – Вихідні дані для завдання № 6.2

Вихідні дані

Підваріанти

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

3000

2500

2000

3000

3500

3000

2500

2000

1500

1000

2000

1500

1000

2000

2500

2000

1500

1000

7500

500

0,16

0,18

0,2

0,15

0,14

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,5

0,5

0,6

0,6

0,55

0,5

0,65

0,6

0,7

0,65

2 104

2 104

1 104

2 104

3 104

2 104

1 104

1 104

2 104

2 104

4,0

3,5

3,0

3,5

4,0

4,0

3,5

5,0

5,0

4,5

15

16

15

16

18

16

17

15

20

20

Контрольні питання

  1.  Яким чином здійснюється вибір потужності електричних двигунів? Критерії вибору потужності.
  2.  Наведіть стандартні режими роботи електродвигунів за тривалістю роботи.
  3.  Яким чином здійснюється розрахунок потужності двигуна для режиму S1 при постійному навантаженні?
  4.  Яким чином здійснюється розрахунок потужності двигуна для режиму S1 при змінному навантаженні?
  5.  Яким чином здійснюється врахування зміни режиму охолодження у двигунах, що самі обдуваються з циклічним режимом роботи?
  6.  Поясніть метод розрахунку потужності за середніми втратами.
  7.  Поясніть еквівалентні методи розрахунку потужності.
  8.  Яким чином здійснюється перерахунок потужності двигуна для короткочасного режиму двигуна з номінальним режимом S1?
  9.  Яким чином здійснюється перерахунок потужності двигуна для повторно-короткочасного режиму двигуна на стандартну тривалість увімкнення?

Література: [1, с. 430-480; 4, с. 141-147; 11, с. 337-395; 12, с. 489-497; 16,

с. 483-488; 20, с. 380-404; 23, с. 325-388].

Практичне заняття №7

Тема. Реґулювання швидкості електродвигунів у електроприводі

Мета: опанувати методи та набути навичок розрахунку систем регульованого електропривода

Короткі теоретичні відомості

У задачах даного розділу розглядаються питання реґулювання швидкості  в розімкнених і замкнених системах електроприводів. У зв’язку з тим, що введення зворотних зв’язків (замкнення системи) впливає на точність реґулювання (вплив на динаміку системи  у даному розділі не розглядається), при розрахунку електромеханічних або механічних характеристик цих систем необхідно визначення сиґналів задання швидкостей і коефіцієнтів зворотних зв’язків, що задовольняють задану точність реґулювання.

Основою для розрахунку статичних механічних та електромеханічних характеристик і визначення параметрів і дій при розрахунках як розімкнених, так і замкнених систем реґулювання електроприводів є відповідні рівняння статичних, механічних і електромеханічних характеристик. При цьому задаються вихідні параметри у вигляді технічних даних двигунів і одночасно потрібні швидкості  при заданому моменті статичного опору – . Розв’язуючи відомі рівняння з підставленими до них значеннями  і , слід знаходити шукані параметри (у вигляді додаткових опорів або коефіцієнтів підсилень) і необхідні дії (у вигляді напруги на якорі, частот струму або напруги задання швидкості).

Особливості розрахунку й побудови статичних характеристик, а також визначення параметрів розімкнених систем реґулювання швидкості електроприводів у різноманітних схемах умикання двигунів, поясняються методами і параметрами розрахунків, викладених у розділах 2 та 3.

Розрахунки реґулювальних характеристик двигунів у розімкнених електроприводах виконати вручну. При розрахунках характеристик замкнених систем слід, крім ручного рахунку, використати рекомендації у базовому варіанті структурного зображення моделей динамічних систем. Слід пам’ятати, що одним із методів синтезу реґуляторів у САР є послідовна корекція, при якій точність реґулювання визначається динамічними параметрами електропривода.

Завдання до теми

Завдання № 7.1

  1.  Розрахувати і побудувати характеристики ДПС НЗ в електроприводі  і , який має дані  і навантаженого постійним моментом статичного опору  для наступних схем увімкнення:

а) при живленні якоря двигуна від незалежного джерела живлення і реґулювання швидкості зміною опору якірного кола; механічна характеристика повинна пройти через точку із заданим статичним моментом і швидкістю (рис. 7.1,а);

Рисунок 7.1

б) при живленні якоря двигуна від джерела живлення з реґульованою напругою, якою є та сама електрична машина, що і двигун; характеристика повинна пройти через точку з координатами зазначеними в попередньому пункті (рис. 7.1,б).

  1.  Визначити сиґнал задання швидкості  і коефіцієнта  при живленні двигуна від джерела живлення з реґульованою напругою у замкненій системі з негативним зворотним зв’язком за швидкістю (рис. 7.1, в), яка забезпечує отримання жорсткої механічної характеристики зі статизмом . Джерелом живлення є тиристорний керований випрямлювач з коефіцієнтом підсилення  та еквівалентним внутрішнім опором  (рис. 7.1,в).

Примітки:

  1.  Схема з’єднання випрямлювача  – мостова 6-фазна.
  2.  За номінальний момент  взяти  двигуна.

Таблиця 7.1 – Вихідні дані для завдання № 7.1

Вихідні дані

Підваріанти

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

, кВт

12

13

30

34

10

4,2

22

2,5

6,5

1,6

, В

20

110

220

220

220

220

220

110

220

110

, А

61

137

153

178

53

22,6

116,5

28,2

34,4

19,7

,

760

680

1000

1580

1100

1500

970

980

1500

940

,

1,15

2,1

1,12

1,43

1,15

0,5

1,85

0,4

0,95

0,125

, А

3,5

6,0

7,5

9,0

2,5

4,5

5,0

2,0

7,0

4,0

0,9

1

1,1

0,8

0,95

1

0,75

1

1,1

0,9

0,75

0,8

0,85

0,7

0,9

0,8

1

0,65

0,7

0,7

0,2

0,3

0,2

0,1

0,15

0,25

0,1

0,3

0,2

0,1

22

11

22

22

22

22

22

11

22

11

0,7

0,8

0,5

0,3

0,4

0,5

0,2

0,5

0,5

0,6

0,5

0,6

0,7

0,75

0,5

0,4

0,6

0,4

0,3

0,5

Завдання № 7.2

  1.  Розрахувати і побудувати реґулювальні характеристики ДПС НЗ в електроприводі (рис. 7.2) , , який має дані (   ) і навантажений постійним моментом статичного опору  для наступних схем умикання:

а) при живленні якоря двигуна від незалежного джерела живлення і реґулювання швидкості зміною опору, який шунтує якір, при постійному увімкненому додатковому опорі у колі якоря, що складає . Характеристика повинна пройти через точку холостого ходу  і точку з координатами , , яка визначається при  (рис.7.2, а);

а)    б)

Рисунок 7.2

б) при живленні якоря двигуна від джерела живлення з реґульованою напругою, яке являє собою ґенератор, що обертається, з параметрами, які співпадають з параметрами двигуна, реґулювальна характеристика повинна пройти через точку, отриману від перетину характеристики  з отриманою у попередньому підпункті.

  1.  Визначити сиґнал задання швидкості й коефіцієнт  при живленні двигуна за підпунктом б попереднього пункту (за схемою Г-Д) у замкненій системі з позитивним зворотним зв’язком за струмом якоря (рис. 7.2,б), що забезпечує отримання жорсткої механічної характеристики, яка проходить через точку з координатами, визначеними у підпунктові б попереднього пункту при коефіцієнті такого зворотного зв’язку .

Примітки:

  1.  Обмотка збудження ґенератора живиться від статичного збуджувача з коефіцієнтом підсилення  і потрібною потужністю , при .

Таблиця 7.2 – Вихідні дані для завдання № 7.2

Вихідні дані

Підваріанти

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

, кВт

3

4,5

6

8,5

12

16

21

32

46

70

, В

220

220

220

220

220

220

220

220

220

220

, А

17,5

27

34

48

66

87

112

165

235

355

,

1160

1080

1050

860

800

720

675

760

610

540

,

0,08

0,125

0,155

0,3

0,425

0,8

1,05

1,87

4,0

8,25

, А

1,0

1,4

1,7

2,5

3,5

4,5

6,0

8,5

12,0

17,0

1

1,1

0,95

0,9

0,8

0,8

0,75

0,75

0,7

0,7

2

2,5

2,8

2,5

3

3,5

2,5

2

3

4

4

5

6

5

6

7

5

4

6

8

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

0,15

0,15

0,15

0,15

0,15

0,15

0,15

0,15

0,15

0,15

0,25

0,25

0,25

0,25

0,25

0,25

0,25

0,25

0,25

0,25

0,5

0,5

0,5

0,6

0,6

0,6

0,7

0,75

0,8

0,9

Завдання № 7.3.

  1.  Розрахувати і побудувати реґулювальні характеристики ДПС НЗ в електроприводі (рис. 7.3)  і , який має дані і навантажений постійним моментом статичного опору  для наступних схем увімкнення:

Рисунок 7.3

а) при живленні якоря двигуна від незалежного джерела напруги і реґулювання швидкості зміною додаткового опору якірного кола, при постійно ввімкненому шунтувальному опорі . Характеристика повинна пройти через точку неробочого ходу, яка складає , і через точку з координатами , , визначену при  (рис.7.3,а);

б) при живленні якоря двигуна від джерела живлення струму з номінальним (сталим за величиною) струмом, визначеним заданим моментом опору, при магнітному потокові двигуна  і . При цьому граничні швидкості двигуна визначити для випадку, коли  (рис. 7.3,б).

2. Визначити сиґнал  і коефіцієнт  при живленні двигуна від реґульованого джерела напруги, охопленого негативним зворотним зв’язком за напругою (рис. 7.3,в). Характеристика повинна пройти через точку перетину розрахункової характеристики і характеристики .

Примітки:

  1.  Як реґульоване джерело напруги використовується тиристорний випрямляч  з коефіцієнтом підсилення  і еквівалентним опором .
  2.  Жорсткість розрахункової характеристики .

Таблиця 7.3 – Вихідні дані для завдання № 7.3

Вихідні дані

Підваріанти

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

, кВт

12

13

30

34

10

4,2

22

2,5

6,5

1,6

1

0,9

0,8

0,85

0,9

1

0,85

1

1

1

3

4

3,5

2,5

4

4,5

2,5

3

2,5

3

3

4

2,5

3,5

4

3,5

2,5

3

2,5

3

0,75

0,7

0,65

0,6

0,65

0,8

0,85

0,5

0,55

0,6

0,5

1

0,75

1,25

0,55

0,6

0,7

0,35

0,4

0,5

22

11

22

22

22

22

22

11

22

11

0,15

0,15

0,1

0,1

0,15

0,2

0,15

0,2

0,2

0,25

0,95

0,9

0,85

1

0,95

0,9

1

1

0,85

0,9

0,5

0,5

0,4

0,35

0,5

0,3

0,5

0,25

0,25

0,25

Примітка. Інші технічні дані двигуна див. варіант завдання № 7.1.

Завдання № 7.4.

1. Розрахувати і побудувати реґулювальні характеристики асинхронного двигуна з контактними кільцями (рис. 7.4)  і , який має дані (          ) і навантаженого механізмом зі сталою потужністю  для наступних схем умикання:

а) при живленні якоря двигуна від промислової мережі й реґулюванні швидкості з допомогою реґулювального резистора у колі ротора; механічна характеристика повинна забезпечувати стійку швидкість  з відповідним моментом опору  (рис. 7.4,а);

Рисунок 7.4

б) визначити частоту струму статора і напругу при живленні двигуна з закороченим ротором від перетворювача частоти – інвертора напруги, який забезпечує потрібний для випадку  закон реґулювання частоти і напруги. Механічна характеристика повинна пройти через точку з координатами, зазначеними у попередньому підпункті (рис. 7.4, б);

в) побудувати механічну характеристику даного асинхронного двигуна, увімкненого за схемою механічного каскаду з двигуном постійного струму дорівнює потужності (рис. 7.4,в), який має технічні дані про якірне коло . Механічна характеристика повинна пройти через точку з координатами, зазначеними у підпункті а.

Примітки:

  1.  Номінальний момент навантаження має місце при .
  2.  Передбачається реґулювання каскаду вгору від швидкості .

Таблиця 7.4 – Вихідні дані для завдання № 7.4

Вихідні дані

Підваріанти

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

, кВт

16

11

5

30

11

22

30

3,5

45

2,2

, В

380

380

380

380

380

380

380

380

380

380

, А

42.5

30.8

14.9

71.6

28.4

56.5

80

10.3

110

7.2

, об/хв

718

715

940

725

953

723

574

910

577

885

, В

222

155

146

257

200

197

142

204

206

135

, А

46.3

46.7

20.6

74.3

35.4

70.5

133

12.2

138

12.8

, Ом

0.271

0.43

1.11

0.136

0.415

0.18

0.11

209

0.07

3.67

, Ом

0.354

0.515

1.07

0.225

0.465

0.3

0.27

1.57

0.19

2.47

, Ом

0.105

0.0835

0.24

0.06

0.132

0.05

0.03

0.77

0.03

0.61

, Ом

0.239

0.171

0.406

0.174

0.27

0.14

0.04

0.73

0.05

0.51

, А

29.6

22.2

10.6

44

19.2

36.1

55

7.5

71

5.2

,

0.88

0.29

0.1

1.4

0.29

1.1

3.3

0.07

4.4

0.04

0.86

0.855

0.88

0.885

0.845

0.87

0.8

0.81

0.89

0.87

1

0,95

0,9

0,85

1

0,8

0,75

1

0,8

1

0,85

0,9

0,75

9

0,85

0,9

0,8

0,75

0,85

0,6

0,3

0,3

0,5

0,25

0,3

0,25

0,2

0,5

0,2

0,5

Завдання № 7.5.

  1.  Розрахувати і побудувати реґулювальні характеристики асинхронного двигуна с короткозамкнутим ротором (рис. 7.5,а,б), який має і дані (          ) і навантажений механізмом з вентиляторним моментом, що розвиває при номінальній швидкості момент опору , у наступних схемах умикання:

а) визначити величину сиґналу  і коефіцієнт  при живленні двигуна за схемою реґульованого джерела напруги ТРН-АД з негативним зворотним зв’язком за швидкістю (рис. 7.5, а). Механічна характеристика повинна забезпечити стійку роботу асинхронного електропривода при швидкості  з відповідним заданій швидкості моментом статичного опору  (рис. 7.5, а);

б) визначити величину сиґналу  і коефіцієнт  при живленні двигуна від інвертора напруги за схемою частотно-керованого електропривода (рис. 7.5,б);

в) визначити величину сигналу задання і коефіцієнта  при живленні двигуна від інвертора струму за схемою частотно-керованого електропривода.

Примітки:

  1.  Механічні характеристики розраховуються за першими гармоніками напруги й струмів.
  2.  При розрахункові врахувати нелінійну залежність першої гармоніки напруги на виході ТРН, користуючись залежністю  (рис. 7.5,а).
  3.  При розрахункові врахувати нелінійні залежності   і , користуючись універсальними кривими (рис. 7.5,б).

а)                                                  б)

Рисунок 7.5

а)                                                  б)

Рисунок 7.6

Таблиця 7.5 – Вихідні дані для завдання № 7.5

Вихідні дані

Підваріанти

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1,0

0,8

1,0

0,85

1,0

0,7

1,0

0,55

0,9

0,9

1,0

0,8

0,9

0,85

0,85

0,75

0,8

0,7

1,0

0,75

Примітка. Інші технічні дані двигуна – див. варіант завдання № 7.4

Контрольні питання

  1.  Наведіть способи та закони керування перетворювачами вентильного електропривода постійного струму з двома комплектами вентилів.
  2.  Поясніть особливості механічних характеристик вентильного електропривода постійного струму.
  3.  Яким чином здійснюється імпульсне реґулювання напруги на якорі?
  4.  Класифікація вентильних електроприводів змінного струму.
  5.  Яким чином здійснюється реґулювання швидкості в електроприводі змінного струму з безпосередніми перетворювачами частоти?
  6.  Яким чином здійснюється регулювання швидкості в електроприводі струму з перетворювачами частоти з ланкою постійного струму.
  7.  Особливості частотного реґулювання асинхронних електроприводів. Основний закон частотного регулювання.
  8.  Яким чином здійснюється аналіз статичних характеристик асинхронного двигуна при частотному реґулюванні?
  9.  Яким чином здійснюється регулювання швидкості в машинно-вентильному каскаді постійної потужності?
  10.  Яким чином здійснюється реґулювання швидкості в асинхронно- вентильному каскаді?

Література: [1, с. 514-643; 9, с. 154-178; 11, с. 500-619; 12, с. 265-291; 16,
с. 332-395; 23, с. 93-210, 239-260].


СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

  1.  Андреев В.П., Сабинин Ю.А. Основы электропривода. – М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963. – 772 с.  
  2.  Аракелян А.К. Дослідження електромеханічних властивостей статичних і динамічних характеристик вентильного електродвигуна на основі синхронної машини і залежного інвертора струму: Опис лабораторної роботи. – Чебоксари: Чуваш. ун-т, 1991. – 25 с.
  3.  Белов М.П., Новиков В.А., Рассуров Л.Н. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 576 с.
  4.  Большман Я.М., Крупович В.И., Самовер М.Л. Справочник по проектированию электропривода, силовой и осветительных установок. М.: Энегрия, 1975. – 728 с.
  5.  Бордочевський В.Т., Буртний В.В., Піцан Р.М., Саляк Й.І. Автоматизований електропривод. – Львів, 1971. – 217 с.
  6.  Вешеневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе. – М.: Энергоиздат, 1983. – 616 с.
  7.  Герман-Галкин С.Г., Лебедев В.Д., Марков Н.И., Чичерин Н.И. Цифровые электропривода с транзисторными преобразователями. – М.: Энергоиздат, 1986. – 248 с.
  8.  Еверов И.Х., Горобец А.С., Мошкович Б.И. Комплектный теристорный электропривод. Справочник / Под ред. канд. техн. наук Перельмутера В.М. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 319 с.
  9.  Елесеев В.А., Шинянский А.В. Справочник по автоматизированному электроприводу. – М.: Энергоиздат, 1983. – 616 с.
  10.  Есаков В.П., Торопов В.И. Сборник задач по теории электропривода. – М.: Высшая школа, 1964. – 264 с.
  11.  Ключев В.І. Теорія електропривода. – М.: Енергоатомвидав, 1985. – 560 с.
  12.  Колоб А.А., Теорія електропривода. Дніпропетровський Національний гірничий університет, 2006. – 511 с.
  13.  Копылов И.П., Клоков Б.К. Справочник по электрическим машинам. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 456 с.
  14.  Масандилов Л.Б., Москаленко В.В. Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя.–2-е изд. – М.: Энергия, 1975. – 96 с.
  15.  Піцан Р., Бардачевський В., Бойчук Б. Збірник задач з курсу Електропривод. Частина 1. Розімкнені системи електропривода. – Львів, 1999. – 425 с.
  16.  Попович М.Г. Теорія електропривода. – Київ: Вища школа, 1993. – 495 с.
  17.  Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 265 с.
  18.  Справочник по электрическим машинам: В 2 т. – Т.1. Машины общего назначения, 1988. 455 с.; Т.2. Специальные машины. М.: Энергоатомиздат; 1990. – 688 с.
  19.  Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей. М.: Энергоатомиздат, 1984. – 240 с.
  20.  Фираго Б.И., Павлячик Л.Б., Теория электропривода. – Мн.: ЗАО «Техноперспектива», 2004. – 527 с.
  21.  Фролов Е.М. Розрахунок статичних характеристик трифазного асинхронного двигуна: Метод. вказівки. – Чебоксари: Чуваш., ун-т., 1988.
  22.  Чилікін М.Г., Ключев В.І., Сандлер А.С. Теорія автоматизованого електропривода. – М.: Енергія, 1979. – 614 с.
  23.  Чилікін М.Г., Сандлер А.С. Загальний курс електропривода. – М.: Енергоатомвидав, 1986. – 500 с.
  24.  Чилікін М.Г., Соколов М.М., Терехов В.М., Шинянський А.В. Основи автоматизованого електропривода. – М.: Енергія, 1974. – 558 с.
  25.  Шенфельд Р., Хбингер Э. Автоматизированный электропривод: Пер. с нем.: Под ред. Борцлва Ю. – Л.: Энергоатомиздат. Ленгр. отделение, 1985. – 464 с.


Методичнi вказiвки щодо практичних занять з навчальної дисципліни "Теорiя електропривода" для студентiв денної та заочної форм навчання за напрямами: 6.050702 – «Електромеханіка» (у тому числі скорочений термін навчання), 6.050701 – «Електротехніка та електротехнології» (у тому числі скорочений термін навчання)

Укладачі: д.т.н., проф. О.П. Чорний,

к.т.н., доц.  А.П. Калінов,

асист. А.М. Артеменко,

асист. Ю.В. Ромашихін,

асист. О.В. Скрипников

Відповідальний за випуск зав. кафедри САУЕ Д.Й. Родькін

Підп. до др. ______________. Формат 60х84 1/16. Папір тип. Друк ризографія.

Ум. друк. арк. ____. Наклад _______ прим. Зам. №___________. Безкоштовно.

Видавничий відділ КДПУ імені Михайла Остроградського

39600, м. Кременчук, вул. Першотравнева, 20


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

71619. Проектирование системы комплексной безопасности информационных систем и баз данных для ООО «Торговый Дом ЛФЗ» 4.09 MB
  Обеспечение информационной безопасности – одна из важнейших задач любого предприятия, работающего с информацией, разглашение которой может повредить его деятельности. Примечательным в данной работе является то, что каждый человек понимает необходимость защиты информации...
71622. Розробка рекомендацій щодо вдосконалення асортиментної політики СП ТОВ «ГАЛКА ЛТД» 5.87 MB
  Асортимент пропонованих товарів підприємства повинен бути по можливості широким. Стійкості асортименту сприяє твердження для кожного магазину асортиментного переліку, який складається на основі даних по вивченню попиту, профілю магазина, обсягу товарообігу, розміру торговельних площ.
71623. БИЗНЕС-ПЛАН СТРОИТЕЛЬСТВА ГОСТИНИЧНОГО КОМПЛЕКСА ГК КРОНА №2 442.37 KB
  Финансовый план реализации проекта. Анализ чувствительности проекта. Статистический анализ проекта методом Монте-Карло. Он также дает возможность: определить пути и способы достижения поставленных целей; смягчить влияние слабых сторон предприятия; отследить новые тенденции...
71625. Особенности саморегуляции учащихся с высоким уровнем тревожности 180.81 KB
  Гипотеза исследования: между учащимися с высоким и низким уровнями тревожности существуют достоверные различия в особенностях саморегуляции, свидетельствующие о слабой сформированности основных регуляторных свойств у учащихся с высоким уровнем тревожности.
71626. ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА 518.82 KB
  Возможность применения эффекта Фарадея для бесконтактного измерения в токопроводе величины постоянного тока очевидным образом вытекает из закона Верде. Постоянный ток порождает вокруг токопровода постоянное магнитное поле поместив в которое чувствительный элемент с линейно...