Przebieg wykładów na zautomatyzowany napęd elektryczny. Asynchroniczny napęd elektryczny o zmiennej częstotliwości - przebieg wykładów

transkrypcja

1 śr. NAPĘD ELEKTRYCZNY Romanowa Przebieg wykładów Woroneż 006 0

2 Państwowy Uniwersytet Techniczny w Woroneżu A.V. NAPĘD ELEKTRYCZNY Romanowa Zatwierdzony przez Radę Redakcyjną i Wydawniczą Uniwersytetu jako podręcznik Woroneż 006 1

3 UDC 6-83(075.8) Romanow A.V. Napęd elektryczny: Przebieg wykładów. Woroneż: Woroneż. stan technika nie-t, s. Przedmiot wykładów dotyczy zagadnień budowy napędów elektrycznych prądu stałego i przemiennego, analizy charakterystyk elektromechanicznych i mechanicznych maszyn elektrycznych, zasad sterowania w napędzie elektrycznym. Publikacja jest zgodna z wymaganiami Państwowego Standardu Edukacyjnego Wyższego Kształcenia Zawodowego na kierunku „Elektrotechnika, Elektromechanika i Elektrotechnika”. Wykłady przeznaczone są dla studentów II roku specjalności „Napęd elektryczny i automatyka instalacji przemysłowych i zespołów technologicznych” kształcenia stacjonarnego na podstawie średniego wykształcenia zawodowego. Publikacja przeznaczona jest dla studentów kierunków technicznych, doktorantów oraz specjalistów zajmujących się rozwojem napędów elektrycznych. Patka. 3. Chory. 7. Bibliografia: 6 tytułów. Redaktor naukowy technika nauk ścisłych, prof. Yu.M. Frolov Recenzenci: Wydział Automatyzacji Procesów Technologicznych, Państwowy Uniwersytet Architektury i Inżynierii Lądowej w Woroneżu (kierownik katedry, doktor nauk technicznych, prof. VD Volkov); Dr tech. nauk ścisłych, prof. AI Shiyanov Romanov A.V., 006 Projekt. GOUVPO „Woroneski Państwowy Uniwersytet Techniczny”, 006

4 WSTĘP Napęd elektryczny (ED) pełni ważną rolę w realizacji zadań zwiększania wydajności pracy w różnych sektorach gospodarki narodowej, automatyzacji i kompleksowej mechanizacji procesów produkcyjnych. Około 70% wytworzonej energii elektrycznej jest przekształcane w energię mechaniczną przez silniki elektryczne (EM), które wprawiają w ruch różne maszyny i mechanizmy. Nowoczesny napęd elektryczny wyróżnia się szeroką gamą środków sterowania stosowanych od konwencjonalnych urządzeń przełączających po komputery, dużym zakresem mocy silników, zakresem regulacji prędkości do 10 000:1 lub więcej oraz zastosowaniem zarówno wolnoobrotowych, jak i ultraszybkie silniki elektryczne. Napęd elektryczny to pojedynczy układ elektromechaniczny, którego część elektryczna składa się z silnika elektrycznego, przekształtnika, urządzeń sterujących i informacyjnych, a część mechaniczna obejmuje wszystkie powiązane masy ruchome napędu i mechanizmu. Powszechne wprowadzanie napędu elektrycznego we wszystkich gałęziach przemysłu oraz stale rosnące wymagania dotyczące charakterystyk statycznych i dynamicznych napędów elektrycznych stawiają zwiększone wymagania dotyczące profesjonalnego szkolenia specjalistów w dziedzinie napędu elektrycznego. Należy zauważyć, że skoro studenci studiów stacjonarnych na podstawie średniego kształcenia specjalistycznego otrzymują w programie nauczania minimalną liczbę godzin na opanowanie specjalności, postęp w wiedzy zawodowej jest w dużym stopniu uzależniony od samodzielnej pracy studentów. W szczególności, na końcu tego wydania, oprócz proponowanych notatek do wykładów, znajduje się wykaz bibliograficzny literatury naukowej i technicznej zalecanej do przestudiowania. Ponadto oprócz toku wykładów został wydany warsztat laboratoryjny dotyczący napędu elektrycznego, który porusza problematykę badań eksperymentalnych 3

5 napędów elektrycznych prądu stałego i przemiennego. W celu lepszego opanowania dyscypliny zaleca się wcześniejsze zapoznanie się z tekstem wykładów i treścią pracy laboratoryjnej. Państwowy Standard Edukacyjny Wyższego Szkolnictwa Zawodowego Federacji Rosyjskiej reguluje następujące obowiązkowe tematy kursu szkoleniowego w dyscyplinie „Napęd elektryczny”. WYCIĄG z państwowego standardu edukacyjnego wyższego wykształcenia zawodowego wymagań państwowych dotyczących minimalnej treści i poziomu wykształcenia dyplomowanego inżyniera na kierunku „Elektrotechnika, Elektromechanika i Elektrotechnika”, o specjalności „Napęd elektryczny i automatyka instalacji przemysłowych i technologicznych Kompleksy” OPD.F. 09. „Napęd elektryczny” Napęd elektryczny jako system; schemat blokowy napędu elektrycznego; mechaniczna część kanału zasilającego napędu elektrycznego; procesy fizyczne w napędach elektrycznych z maszynami prądu stałego, maszynami asynchronicznymi i synchronicznymi; część elektryczna kanału zasilającego napędu elektrycznego; zasady sterowania w napędzie elektrycznym; baza elementów kanału informacyjnego; synteza struktur i parametrów kanału informacyjnego; elementy konstrukcyjne napędu elektrycznego. Materiał tego toku wykładów jest w pełni zgodny z tym tematem. 4

6 WYKŁAD 1 HISTORIA ROZWOJU NAPĘDU ELEKTRYCZNEGO JAKO DZIEDZINY NAUKI I TECHNIKI Zagadnienia poruszane na wykładzie. 1. Krótka historia rozwoju napędów elektrycznych AC i DC Prace naukowców krajowych i zagranicznych. 3. Rola napędu elektrycznego w gospodarce narodowej. 4. Budowa i główne elementy nowoczesnego zautomatyzowanego napędu elektrycznego. Napęd elektryczny jest stosunkowo młodą dziedziną nauki i techniki, od jej praktycznego zastosowania minęło nieco ponad sto lat. Powstanie EP jest efektem pracy wielu krajowych i zagranicznych naukowców zajmujących się elektrotechniką. Ta genialna seria zawiera nazwiska tak wybitnych naukowców, jak Duńczyk H. Erested, który wykazał możliwość interakcji między polem magnetycznym a przewodnikiem z prądem (180), Francuz A. Ampère, który matematycznie sformalizował tę interakcję w tym samym 180 Anglik M. Faraday zbudował w 181 roku eksperymentalną instalację, która udowodniła możliwość budowy silnika elektrycznego. Są to krajowi akademicy B.S. Jacobiego i E.H. Lenz, który jako pierwszy zdołał stworzyć silnik elektryczny na prąd stały w 1834 roku. Praca B.S. Jacobi przy stworzeniu silnika zyskał szeroką światową sławę, a wiele kolejnych prac w tej dziedzinie było wariacją lub rozwinięciem jego pomysłów, na przykład w 1837 roku amerykański Davenport zbudował swój silnik elektryczny z prostszym komutatorem. W 1838 BS Jacobi ulepszył projekt ED, wprowadzając do niego prawie wszystkie elementy nowoczesnej maszyny elektrycznej. Ten silnik elektryczny o mocy 1 KM służył do napędzania łodzi, która z 1 pasażerem poruszała się z prędkością do 5 km/h pod prąd He-5.

7 ty. Dlatego rok 1838 jest uważany za rok narodzin napędu elektrycznego. Już na tym pierwszym, wciąż niedoskonałym modelu napędu elektrycznego ujawniły się jego bardzo istotne zalety w porównaniu z panującymi wówczas mechanizmami parowymi - brak kotła parowego, dostaw paliwa i wody, tj. znacznie lepsze wskaźniki wagi i wielkości. Jednak niedoskonałość pierwszego ED, a co najważniejsze nieekonomiczne źródło energii elektrycznej baterii galwanicznej, które opracował włoski L. Galvani (), spowodowały, że prace B.S. Jacobi i jego zwolennicy nie otrzymali od razu praktycznego zastosowania. Potrzebne było proste, niezawodne i ekonomiczne źródło energii elektrycznej. I znaleziono wyjście. W 1833 roku akademik E.Kh. Lenz odkrył zasadę odwracalności maszyn elektrycznych, która później połączyła rozwój silników i generatorów. A w 1870 r. pracownik francuskiej firmy „Alliance” Z. Gramm stworzył przemysłowy typ generatora prądu stałego, który dał nowy impuls do rozwoju napędu elektrycznego i jego wprowadzenia do przemysłu. Oto kilka przykładów. Nasz rodak inżynier elektryk V.N. Chikolev () tworzy w 1879 EP dla lamp łukowych, napędów elektrycznych do maszyny do szycia (188) i wentylatora (1886), które zostały nagrodzone złotymi medalami na wystawach ogólnorosyjskich. W marynarce wojennej wprowadzono prąd stały: winda amunicyjna na pancerniku „Sisoi Wielki” (), pierwsza przekładnia sterowa na pancerniku „1 Apostołowie” (199). W 1895 A.V. Shubin opracował układ sterowania „wtryskiwacz-silnik”, który później został zainstalowany na pancernikach „Prince Suvorov”, „Slava” i innych. Znaczna liczba silników prądu stałego. 6

8 Zdarzają się przypadki zastosowania napędu elektrycznego w komunikacji miejskiej, linii tramwajowych w miastach Kijów, Kazań i Niżny Nowogród (189) oraz nieco później w Moskwie (1903) i Petersburgu (1907). Jednak odnotowane sukcesy były skromne. W 1890 roku napęd elektryczny stanowił zaledwie 5% całkowitej mocy zastosowanych mechanizmów. Pojawiające się doświadczenie praktyczne wymagało analizy, usystematyzowania i opracowania ram teoretycznych dla późniejszego omówienia rozwoju PE. Ogromną rolę odegrała tu praca naukowa naszego rodaka, największego inżyniera elektryka D.A. Lachinov (), opublikowany w 1880 roku w czasopiśmie „Electricity” pod tytułem „Praca elektromechaniczna”, który położył pierwsze podwaliny nauki o napędzie elektrycznym. TAK. Lachinov przekonująco udowodnił zalety elektrycznego rozdziału energii mechanicznej, po raz pierwszy dał wyraz na właściwości mechaniczne silnika prądu stałego z szeregowym wzbudzeniem, dokonał klasyfikacji maszyn elektrycznych według metody wzbudzenia i rozważył warunki zasilanie silnika z generatora. Dlatego rok 1880, rok publikacji pracy naukowej „Praca elektromechaniczna”, uważany jest za rok narodzin nauki o napędzie elektrycznym. Wraz z napędem elektrycznym prądu stałego wejdź do życia i napędem prądu przemiennego. W 1841 r. Anglik C. Whitson zbudował jednofazowy synchroniczny silnik elektryczny. Ale nie znalazł praktycznego zastosowania z powodu trudności podczas startu. W 1876 r. P.N. Yablochkov () opracował kilka projektów generatorów synchronicznych do zasilania wynalezionych przez siebie świec, a także wynalazł transformator. Kolejnym krokiem na drodze do AC EP było odkrycie w 1888 roku przez Włocha G. Ferrarisa i Jugosławię N. Teslę zjawiska wirującego pola magnetycznego, które zapoczątkowało projektowanie wielofazowych silników elektrycznych. Ferrari i Tesla 7

9 opracowano kilka modeli dwufazowych silników prądu przemiennego. Jednak prąd dwufazowy w Europie nie jest powszechnie stosowany. Powodem tego był rozwój rosyjskiego inżyniera elektryka M.O. Dolivo-Dobrovolsky () w 1889 r. za bardziej zaawansowany trójfazowy system prądu przemiennego. W tym samym 1889 roku, 8 marca, opatentował asynchroniczny silnik elektryczny z wirnikiem klatkowym (zwarcie AD), a nieco później z wirnikiem fazowym. Już w 1891 roku na wystawie elektrycznej we Frankfurcie nad Menem M.O. Dolivo-Dobrovolsky zademonstrował asynchroniczne silniki elektryczne o mocy 0,1 kW (wentylator); 1,5 kW (prąd stały) i 75 kW (pompa). Dolivo-Dobrovolsky opracował również 3-fazowy generator synchroniczny i 3-fazowy transformator, których konstrukcja pozostaje praktycznie niezmieniona w naszych czasach. Marcel Despres w 1881 r. uzasadnił możliwość przesyłania energii elektrycznej na odległość, a w 188 r. wybudowano pierwszą linię przesyłową o długości 57 km i mocy 3 kW. W wyniku powyższych prac zlikwidowano ostatnie zasadnicze przeszkody techniczne w upowszechnieniu przesyłu energii elektrycznej i powstał najbardziej niezawodny, prosty i tani silnik elektryczny, cieszący się obecnie wyjątkową dystrybucją. Ponad 50% całej energii elektrycznej jest przekształcane w moc mechaniczną za pomocą najbardziej masywnego napędu elektrycznego opartego na zwarciu AD. Pierwsze trójfazowe AC EP w Rosji zainstalowano w 1893 roku w Szepietówce iw zakładzie Kolomensky, gdzie do 1895 roku zainstalowano silniki elektryczne o łącznej mocy 1507 kW. A jednak tempo wprowadzania napędu elektrycznego do przemysłu pozostawało niskie ze względu na zacofanie Rosji w dziedzinie produkcji elektrycznej 8

10 (0,5% światowej produkcji) i wytwarzania energii elektrycznej (15 miejsce na świecie) nawet w czasach rozkwitu carskiej Rosji (1913). Po zwycięstwie Wielkiej Rewolucji Październikowej w 190 r. pojawiła się kwestia radykalnej reorganizacji całej gospodarki narodowej. Opracowano plan GOELRO (państwowy plan elektryfikacji Rosji), który przewiduje utworzenie 30 elektrowni cieplnych i wodnych o łącznej mocy 1 mln 750 tys. kW (do 1935 r. oddano do użytku ok. 4,5 mln kW). Praca nad planem GOELRO, V.I. Lenin zauważył, że „napęd elektryczny po prostu najbardziej niezawodnie zapewnia dowolną prędkość i automatyczne łączenie operacji w najbardziej rozległym obszarze pracy”. Dlaczego tak dużo uwagi poświęcono napędowi elektrycznemu i elektryfikacji? Oczywiste jest, że napęd elektryczny jest podstawą mocy do wykonywania prac mechanicznych i automatyzacji procesów produkcyjnych z dużą wydajnością, natomiast napęd elektryczny stwarza wszelkie warunki do wysoko wydajnej pracy. Oto prosty przykład. Wiadomo, że w ciągu dnia pracy jedna osoba może wytworzyć około 1 kW/h za pomocą energii mięśniowej, której koszt wytworzenia to (warunkowo) 1 kopiejka. W branżach silnie zelektryfikowanych moc zainstalowana silników elektrycznych na pracownika wynosi 4-5 kW (wskaźnik ten nazywa się mocą elektryczną pracy). Przy ośmiogodzinnym dniu pracy uzyskujemy zużycie 3-40 kW/h. Oznacza to, że pracownik kontroluje mechanizmy, których praca na zmianę odpowiada pracy 3-40 osób. Jeszcze większą wydajność EP obserwuje się w górnictwie. Na przykład na koparce kroczącej typu ESH-15/15, mającej strzałę 15 metrów i łyżkę o pojemności 15 metrów sześciennych, moc jednego silnika asynchronicznego wynosi 8 MW. W walcowniach 9

11 Moc zainstalowana ED wynosi ponad 60 MW, a prędkość walcowania 16 km/h. Dlatego tak ważne było zapewnienie powszechnego wprowadzenia napędu elektrycznego w gospodarce narodowej. Ilościowo charakteryzuje się to współczynnikiem elektryzowania równym stosunkowi mocy silników elektrycznych do mocy wszystkich zainstalowanych silników, także nieelektrycznych. Dynamikę wzrostu współczynnika elektryfikacji w Rosji można prześledzić w tabeli 1.1.Wartość współczynnika elektryfikacji, % rocznie, o wiodących światowych mocarstwach. Obecnie EP zajęło dominującą pozycję w gospodarce narodowej i zużywa około jednej trzeciej całkowitej energii elektrycznej produkowanej w kraju (około 1,5 biliona kW/h). Czym więc jest napęd elektryczny? Według GOST R napęd elektryczny to układ elektromechaniczny składający się w ogólnym przypadku z współpracujących przekształtników mocy, przekształtników elektromechanicznych i mechanicznych, urządzeń sterowniczych i informacyjnych oraz urządzeń sprzęgających z zewnętrznymi układami elektrycznymi, mechanicznymi, sterowniczymi i informacyjnymi, przeznaczony do ustawiania w ruchu organów wykonawczych (IO) maszyna robocza 10

12 Sieć elektryczna Urządzenie przekształtnikowe Urządzenie z silnikiem elektrycznym Urządzenie sterująco-informacyjne Urządzenie transmisyjne Maszyna robocza Połączenie elektryczne korpusu wykonawczego Połączenie mechaniczne Ta definicja jest zilustrowana na ryc. Rozszyfrujmy składniki. Urządzenie przetwarzające (przetwornik energii elektrycznej) to urządzenie elektryczne, które zamienia energię elektryczną o wartości jednego parametru i/lub wskaźników jakości na energię elektryczną o innych wartościach parametrów i/lub wskaźnikach jakości. (Zauważ, że parametry można przekonwertować zgodnie z rodzajem prądu, napięcia, częstotliwości, liczby faz, fazy napięcia, zgodnie z GOST 18311). Przetwornice są klasyfikowane według prądu (DC i AC), a tyrystorowe i tranzystorowe według bazy elementów. jedenaście

13 Urządzenie z silnikiem elektrycznym (przetwornica elektromechaniczna) jest urządzeniem elektrycznym przeznaczonym do przetwarzania energii elektrycznej na energię mechaniczną lub energii mechanicznej na energię elektryczną. Silniki elektryczne stosowane w napędzie elektrycznym mogą być zasilane prądem zmiennym i stałym. Według mocy maszyny elektryczne można warunkowo podzielić na: mikromaszyny do 0,6 kW. maszyny małej mocy do 100 kW. maszyny średniej mocy do 1000 kW. duża moc ponad 1000 kW. Według prędkości obrotowej: niska prędkość do 500 obr./min. średnia prędkość do 1500 obr./min. wysoka prędkość do 3000 obr./min. ultraszybka prędkość do obr./min. W zależności od napięcia znamionowego istnieją silniki niskonapięciowe (do 1000 V) i silniki wysokonapięciowe (powyżej 1000 V). Sterowanie urządzeniem informacyjnym. Urządzenie sterujące jest przeznaczone do generowania działań sterujących w napędzie elektrycznym i jest zespołem funkcjonalnie połączonych elementów elektromagnetycznych, elektromechanicznych, półprzewodnikowych. W najprostszym przypadku urządzenie sterujące można zredukować do konwencjonalnego przełącznika, który włącza ED w sieci. Precyzyjne ED zawierają mikroprocesory i komputery w urządzeniu sterującym. Urządzenie informacyjne jest przeznaczone do odbierania, przetwarzania, przechowywania, dystrybucji i wydawania informacji o zmiennych napędu elektrycznego, procesie technologicznym i powiązanych systemach do wykorzystania w systemie sterowania napędem elektrycznym i zewnętrznych systemach informacyjnych. Urządzenie transmisyjne składa się z transmisji mechanicznej i urządzenia interfejsu. Przekładnia mechaniczna to konwerter mechaniczny przeznaczony do przesyłania 1

14 chi energia mechaniczna od ED do korpusu wykonawczego maszyny roboczej oraz koordynacja rodzaju i szybkości ich ruchu. Urządzenie interfejsu to zestaw elementów elektrycznych i mechanicznych, które zapewniają współdziałanie napędu elektrycznego z sąsiednimi układami i poszczególnymi częściami napędu elektrycznego ze sobą. Reduktory, napędy pasowe i łańcuchowe, elektromagnetyczne sprzęgła poślizgowe itp. mogą pełnić rolę urządzenia transmisyjnego. Maszyna robocza to maszyna, która zmienia kształt, właściwości, stan i położenie przedmiotu pracy. Korpusem wykonawczym maszyny roboczej jest ruchomy element maszyny roboczej, który wykonuje operację technologiczną. Definicje te należy uzupełnić. Układ sterowania napędem elektrycznym to zespół urządzeń sterująco-informacyjnych oraz interfejsów EA, przeznaczonych do sterowania elektromechaniczną przemianą energii w celu zapewnienia określonego ruchu korpusu wykonawczego maszyny roboczej. Układ sterowania napędem elektrycznym jest nadrzędnym układem sterowania zewnętrznym względem napędu elektrycznego, który dostarcza informacje niezbędne do funkcjonowania napędu elektrycznego. 13

15 WYKŁAD NAPĘD ELEKTRYCZNY GŁÓWNY ELEMENT ZINTEGROWANEJ MECHANIZACJI I AUTOMATYZACJI PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH W PRODUKCJI MASZYN Zagadnienia poruszane na wykładzie. 1. Ewolucja strukturalna napędów elektrycznych Różne typy napędów elektrycznych stosowanych w przemyśle i rolnictwie. 3. Główne kierunki rozwoju napędów elektrycznych. 4. Struktura PE z punktu widzenia „Teorii napędu elektrycznego”. Przez lata swojego istnienia napęd elektryczny przeszedł fundamentalne zmiany. Przede wszystkim udoskonalono metody przekazywania energii mechanicznej z silników do pracujących maszyn. Na przykład w naszym kraju przed rozpoczęciem pierwszego planu pięcioletniego (198) grupowy napęd elektryczny „napęd elektryczny z jednym silnikiem elektrycznym zapewniający ruch organów wykonawczych kilku maszyn roboczych lub kilku IO jednego maszyna robocza”, ale pod koniec pierwszego planu pięcioletniego (193) została wycofana z przemysłu. Na rys.1 przedstawiono schemat funkcjonalny grupowego napędu elektrycznego przedsiębiorstwa. Osobliwością tego schematu jest mechaniczna dystrybucja energii w całym przedsiębiorstwie, a zatem mechaniczna kontrola procesu, tj. kierowanie pracą organów wykonawczych maszyn roboczych. Rysunek .. przedstawia inny schemat grupowego napędu elektrycznego grupowego napędu elektrycznego maszyn roboczych. W przeciwieństwie do poprzedniego schematu energia elektryczna jest tutaj dostarczana bezpośrednio do RM, a już w nich jest rozprowadzana mechanicznie. Zachowana jest mechaniczna kontrola pracy. Do typowych wad grupowego napędu elektrycznego należą: krokowa regulacja prędkości; czternaście

16 Sieć elektryczna U, I energia elektryczna EM wał napędowy M, ω energia mechaniczna RM 1 RM IO 1 IO 3 IO 1 IO 3 Rys.1. Grupowy napęd elektryczny przedsiębiorstwa Sieć elektryczna ED 1 ED RM 1 RM IO 1 IO 3 IO 1 IO 3 Rys... Grupowy napęd elektryczny maszyn roboczych mały zakres regulacji; niebezpieczne warunki pracy; niska wydajność. Grupowy napęd elektryczny został zastąpiony bardziej obiecującym i ekonomicznym indywidualnym napędem elektrycznym, to jest „EP, zapewniający ruch jednego korpusu wykonawczego maszyny roboczej”, pokazano schemat funkcjonalny 15

17 na ryc.3. W tej wersji napędu elektrycznego dystrybucja energii elektrycznej następuje aż do korpusów roboczych. Możliwe staje się również elektryczne sterowanie energią mechaniczną. Ponadto indywidualny napęd umożliwia w niektórych przypadkach uproszczenie konstrukcji RM, ponieważ ED jest często strukturalnie ciałem roboczym (wentylator, wiertarka elektryczna itp.). Sieć elektryczna RM ED 1 ED ED 3 IO 1 IO IO 3 Rys.3. Indywidualny napęd elektryczny Obecnie indywidualny napęd elektryczny jest głównym rodzajem napędu elektrycznego stosowanego przemysłowo. Ale nie jedyny. W wielu mechanizmach produkcyjnych stosuje się połączony napęd elektryczny – są to „dwa lub więcej połączonych elektrycznie lub mechanicznie napędów elektrycznych, podczas których działa dany stosunek ich prędkości i (lub) obciążeń i (lub) położenia organy wykonawcze maszyn roboczych”. Ten rodzaj napędu elektrycznego łączy w sobie dwa rodzaje napędów elektrycznych – wielosilnikowy napęd elektryczny i wał elektryczny. Wielosilnikowy napęd elektryczny (rys.4) „napęd elektryczny zawierający kilka silników elektrycznych, między którymi połączenie mechaniczne odbywa się poprzez korpus wykonawczy maszyny roboczej” . W wielu przypadkach taki napęd elektryczny umożliwia zmniejszenie sił w korpusie roboczym, bardziej równomierne ich rozłożenie i bez zniekształceń mechanizmu oraz zwiększenie niezawodności i wydajności instalacji. 16

18 Sieć elektryczna ED 1 RM ED Rys.4. Wielosilnikowy napęd elektryczny Wielosilnikowy napęd elektryczny jest stosowany w kopalnianych wyciągach, w szczególności po raz pierwszy zastosowano go w Szepietówce pod koniec XIX wieku. Wał elektryczny „połączony napęd elektryczny, który zapewnia synchroniczny ruch dwóch lub więcej organów wykonawczych maszyny roboczej, które nie mają połączenia mechanicznego” . Przykładami są napędy śluz i długie linie przenośników. Rys.5 przedstawia schemat przenośnika na asynchronicznym EM z wirnikiem fazowym, wyjaśniający zasadę działania wału elektrycznego. Prędkości obrotowe ω 1 i ω, ze względu na elektryczne połączenie wirników silników elektrycznych, będą takie same lub synchroniczne. ω 1 przenośnik taśmowy ω EM 1 wał elektryczny EM Rys.5. Ilustracja działania wału elektrycznego

19 Zakres mocy EM od ułamków wata do kW, zakres regulacji prędkości do 10 000:1 lub więcej, przy użyciu zarówno silników wolnoobrotowych (setki obr/min), jak i szybkich (do obr./min). EP jest podstawą automatyzacji obiektów technologicznych w przemyśle, rolnictwie i kosmosie; realizując najważniejsze zadanie naszych czasów, zwiększając wydajność pracy. Obecnie napęd elektryczny charakteryzuje się tendencją do stosowania technologii energooszczędnych. Do tradycyjnych systemów, które umożliwiają zwrot energii do sieci (proces ten nazywamy rekuperacją), takich jak układ generator-silnik (system GD), kaskada elektryczna (regulowany napęd elektryczny z IM z wirnikiem fazowym, w którym energia poślizgu jest zwracana do sieci elektrycznej), kaskada elektromechaniczna (regulowany napęd elektryczny z IM z wirnikiem fazowym, w którym energia poślizgu jest zamieniana na energię mechaniczną i przekazywana na wał EM), następuje masowa wymiana nieregulowanego elektrycznego napęd z regulowanym. W konsekwencji konstrukcja EA staje się bezprzekładniowa, co zwiększa ogólną wydajność napędu. Postęp w projektowaniu technologii przekształtnikowej, w szczególności przemienników częstotliwości, skłania do wymiany silników prądu stałego i synchronicznych EM na tańsze i bardziej niezawodne asynchroniczne EM z wirnikiem klatkowym. Jeżeli rozważymy elektryczne układy napędowe z punktu widzenia teorii napędu elektrycznego, to jako przedmiot badań jest to układ elektromechaniczny, czyli zespół urządzeń mechanicznych i elektromechanicznych połączonych wspólnymi obwodami elektrycznymi mocy i (lub) obwodami sterowania, przeznaczony do realizacji mechanicznego ruchu obiektu. W napędzie elektrycznym w jedną całość połączone są trzy części (rys. 6): część mechaniczna, silnik elektryczny i układ sterowania. osiemnaście

20 e-mail Sieć e-mail silnik M, ω Mech. część Przydatna praca mechaniczna ECS EMP RD PU IM DOS M mech do DOS ISU z systemu DOS Control z pamięci Rys.6. Schemat działania napędu elektrycznego z punktu widzenia teorii napędu elektrycznego Część mechaniczna obejmuje wszystkie elementy ruchome mechanizmu wirnika silnika RD, urządzenie przenoszące PU, siłownik IM, na który przekazywany jest użyteczny moment mechaniczny M mech. W skład zespołu silnika elektrycznego wchodzą: elektromechaniczny konwerter energii EMF, który zamienia energię elektryczną na moc mechaniczną, oraz wirnik silnika RD, na który wpływa moment elektromagnetyczny M silnika przy częstotliwości obrotowej (prędkości kątowej) . System sterowania (CS) obejmuje część energetyczną ECS i część informacyjną IMS. ISU odbiera sygnały z urządzeń nadrzędnych pamięci i czujników sprzężenia zwrotnego DOC. 19

21 WYKŁAD 3 CZĘŚĆ MECHANICZNA NAPĘDU ELEKTRYCZNEGO Zagadnienia poruszane na wykładzie. 1. Cel i główne elementy mechaniczne EP Aktywne i reaktywne momenty statyczne. 3. Typowe obciążenia części mechanicznej napędu elektrycznego. Główną funkcją napędu elektrycznego jest wprawienie w ruch maszyny roboczej zgodnie z wymaganiami reżimu technologicznego. Ruch ten jest wykonywany przez część mechaniczną napędu elektrycznego (MCH EP), która składa się z wirnika silnika elektrycznego, przekładni i maszyny roboczej (rys. 3.1). Pokazano na ryc. 3.1 parametry oznaczają momenty M in, M rm, M io na wale silnika, maszyny roboczej, korpusu wykonawczego; ω in, ω rm, ω io prędkości kątowe wału EM, maszyny roboczej, korpusu wykonawczego; Fio, Vio siła i prędkość liniowa organu wykonawczego. Wirnik M in ω in Urządzenie transferowe M rm ω rm Maszyna robocza M io ω io F io V io Rys.3.1. Schemat części mechanicznej napędu elektrycznego W zależności od rodzaju przekładni i konstrukcji maszyny roboczej rozróżnia się (rys. 3.1): EP ruchu obrotowego, który zapewnia odpowiednio ruch obrotowy korpusu wykonawczego RM; parametry wyjściowe moment IO mechanizm M io i kątowa częstotliwość obrotu ω io; EP ruchu translacyjnego, który zapewnia translacyjny ruch liniowy IO maszyny roboczej; parametry wyjściowe siła F io i prędkość liniowa V io.

22 Należy zauważyć, że istnieje również specjalny ED, zwany elektrycznym napędem oscylacyjnym, który zapewnia ruch posuwisto-zwrotny (wibracyjny) (zarówno kątowy, jak i liniowy) korpusu wykonawczego RM. W części mechanicznej EP występują różnego rodzaju siły, momenty, które różnią się charakterem działania. W szczególności, momenty statyczne to reaktywne Mcf i aktywne M ca. Momenty reaktywne są tworzone przez siłę tarcia, siły ściskania, rozciągania, skręcania ciał niesprężystych. Klasycznym przykładem jest tutaj tarcie suche (rys. 3.). Siły tarcia zawsze przeciwstawiają się ruchowi, a przy odwróceniu napędu elektrycznego moment tarcia od tych sił również zmienia kierunek, a funkcja M c (ω) przy prędkości ω = 0 ulega nieciągłości. Siły tarcia przejawiają się w przekładniach silnika elektrycznego i maszyn roboczych. K m V F tr ω F tr V m K M sr M sr M s 3. Zależność momentu statycznego sił tarcia suchego od prędkości Momenty czynne (potencjalne) są tworzone przez siły grawitacji, ściskania, rozciągania, skręcania ciał sprężystych. W MCH EA momenty aktywne powstają w obciążonych elementach (wały, koła zębate itp.) podczas ich deformacji, ponieważ połączenia mechaniczne nie są absolutnie sztywne. Cechy działania momentów potencjalnych wyraźnie ukazuje przykład grawitacji. Podczas podnoszenia lub 1

23 gdy ładunek jest opuszczany, kierunek grawitacji F j pozostaje stały. Innymi słowy, przy odwróceniu napędu elektrycznego kierunek momentu czynnego M sa pozostaje niezmieniony (rys. 3.3). ω M s VV M sa utrzymuje ją na stałym poziomie. Maszyny robocze, pomimo dużej różnorodności konstrukcji i wykonywanych operacji, można klasyfikować według rodzaju zależności momentu statycznego od wielu czynników. W powiększeniu istnieje 5 grup mechanizmów. Pierwsza grupa obejmuje mechanizmy, w których moment statyczny nie zależy od prędkości obrotowej, czyli M c (ω) = const. Oznacza to, że w charakterystyce mechanicznej maszyny roboczej zależność momentu statycznego od prędkości obrotowej jest linią prostą równoległą do osi prędkości kątowej ω i podlega nieciągłości przy ω = 0 dla reaktywnych momentów statycznych (jak pokazano na ryc. 3.), Na przykład dla przenośnika taśmowego o równomiernym obciążeniu liniowym. Fjm

24 Dla aktywnych Ms (jak pokazano na rys. 3.3) charakterystyka mechaniczna jest niezależna od kierunku ruchu. Typowym przykładem jest mechanizm podnoszący. Druga grupa mechanizmów jest dość reprezentatywna [, 3]. Tutaj M c zależy od prędkości obrotowej RM: () = M + (M + M) Ms c0 sn c0 a ω ωn ω, (3.1) gdzie M od momentu strat tarcia mechanicznego; M SN moment statyczny maszyny roboczej przy prędkości znamionowej ω n; ω aktualna prędkość obrotowa; oraz współczynnik proporcjonalności. Przy a = 0 mamy M c (ω) = M cn, to znaczy uzyskujemy charakterystykę mechaniczną maszyn z pierwszej grupy. Przy a = 1 mamy liniową zależność momentu statycznego od prędkości, która jest nieodłączna na przykład w generatorach prądu stałego G pracujących ze stałą rezystancją R (ryc. 3.4). ~ U 1, f 1 GR ω M s (ω) U ov OB M s0 M s wentylatory, śmigła, pompy odśrodkowe i inne tego typu mechanizmy). 3

25 ~ U 1, f 1 ω М с (ω) М с0 zmniejsza prędkość przetwarzania części ω (ryc. 3.6). М с ~ U 1, f 1 ω V ω М с (ω) Trzecia grupa mechanizmów to grupa maszyn, w których moment statyczny jest funkcją kąta obrotu wału PM α, czyli Mc = f(α). Jest to typowe np. dla korbowodów (rys. 3.7) i mechanizmów mimośrodowych, w których ruch obrotowy z częstotliwością obrotu ω zamieniany jest na ruch posuwisto-zwrotny z prędkością V. Skok roboczy mechanizmu przy który 4 M s0 M s został osiągnięty

26 jest maksymalnym momentem statycznym M cmmax, występuje np. w 0 α π ruch wsteczny z maksymalnym momentem w π α π. M cmmax, хх ω М s M cmax М s (α) M cmmax, хх V М s na prędkość ruchu, tj. М с = f(α, ω) Podobną zależność obserwujemy, gdy transport elektryczny porusza się po zaokrąglonym odcinku toru. Piąta grupa mechanizmów to grupa RM, w której moment statyczny zmienia się losowo w czasie. Obejmuje wiertnice geologiczne, kruszarki gruboziarniste i inne podobne mechanizmy (ryc. 3.8). α М с ω М с (t) 0 t

27 WYKŁAD 4 MASZYNY ELEKTRYCZNE PRĄDU STAŁEGO Pytania poruszane na wykładzie. 1. Projektowanie maszyn prądu stałego. Podstawowe parametry i elektromechaniczne przetwarzanie energii w maszynach prądu stałego. 3. Klasyfikacja silników prądu stałego. 4. Przybliżone określenie rezystancji twornika. Maszyna elektryczna prądu stałego (MPT) ma specyficzną konstrukcję. Schematycznie na przykładzie silnika elektrycznego P-9 pokazano to na rys. Część nieruchoma (stojan) zawiera główne bieguny 1 z cewkami, które tworzą cewkę indukcyjną lub układ wzbudzenia maszyny. Bieguny są równomiernie rozmieszczone na wewnętrznej powierzchni ramy 3, która łączy funkcje części mechanicznej (obudowa) i części aktywnej (jarzmo obwodu magnetycznego stojana). Ponieważ przez ramę (jarzmo) przepływa stały strumień magnetyczny, który nie indukuje w niej prądów wirowych, jest on wykonany ze stali monolitycznej. Rdzenie słupów głównych są najczęściej laminowane: składają się z pojedynczych płytek spiętych nitami, kołkami itp. Takie rozwiązanie konstrukcyjne nie służy ograniczaniu prądów wirowych, ale jest podyktowane wygodą wykonania słupa . Oprócz uzwojeń wzbudzenia (OB) główne bieguny MPT mogą zawierać uzwojenie kompensacyjne przeznaczone do kompensacji efektu rozmagnesowania własnego pola magnetycznego twornika (reakcja twornika), a także uzwojenie stabilizujące stosowane do pracy z małą prędkością silniki o dużej mocy, gdy konieczne jest tymczasowe zwiększenie prędkości o 5 razy. Aby zapewnić przełączanie bez iskier, maszyna jest wyposażona w dodatkowe bieguny 4, których uzwojenia są połączone szeregowo z obwodem wirnika. 6

28 Rys. Maszyna prądu stałego typu P-9 Wirnik MPT jest częściej nazywany twornikiem. Prowadzi główne uzwojenie maszyny, przez które przepływa jej główny prąd. Uzwojenie kotwicy 5 znajduje się w rowkach obwodu magnetycznego 6. Wnioski 7

29 uzwojeń jest podłączonych do płyt kolektora 7. Obwód magnetyczny i kolektor są umieszczone na wspólnym wale 8. Dla normalnej pracy maszyny prądu stałego rowki obwodu magnetycznego muszą być ściśle zorientowane w stosunku do płyt 7. Szczotki kolektora są dociskane do zewnętrznej (czynnej) powierzchni kolektora. (węgiel, grafit, kompozyt itp.). Jedna grupa może zawierać jeden lub więcej pędzli, w zależności od prądu przepływającego przez kontakt. Ważna jest powierzchnia styku (pożądane jest dopasowanie bliskie 100%) oraz siła docisku szczotki do kolektora. Szczotki montowane są w szczotkotrzymaczach, które orientują i dociskają szczotkę. Same uchwyty szczotek osadzone są na specjalnych kołkach trawersu 9 zamontowanych po wewnętrznej stronie tarczy łożyskowej 10. Trawers można obracać wokół osi maszyny i ustalać w dowolnie wybranej pozycji, co umożliwia w razie potrzeby regulację położenie szczotek na kolektorze od warunku minimalnego iskrzenia na styku szczotek. Maszyny prądu stałego są częściej używane jako silniki, mają wysoki moment rozruchowy, możliwość szerokiej regulacji prędkości, są łatwe do odwrócenia, mają prawie liniową charakterystykę sterowania i są ekonomiczne. Te zalety MPT często stawiają je poza konkurencją w napędach wymagających szerokich i precyzyjnych regulacji. Niewątpliwą zaletą MPT jest również możliwość ich regulacji za pomocą niskoprądowych obwodów wzbudzenia. Jednak maszyny te są używane tylko tam, gdzie nie można znaleźć równoważnego zamiennika. Wynika to z obecności zespołu szczotko-kolektora, który powoduje większość niedociągnięć MPT: zwiększa koszty, skraca żywotność, powoduje zakłócenia radiowe, hałas akustyczny. Iskrzenie pod szczotkami przyspiesza zużycie szczotek i płyt komutatora. Produkty nosić zakrywają wewnętrzną wnękę 8

30 maszyna z cienką warstwą przewodzącą, degradującą izolację obwodów przewodzących. Praca silnika elektrycznego i prądnicy prądu stałego charakteryzuje się następującymi podstawowymi wielkościami: M jest momentem elektromagnetycznym wytwarzanym przez silnik elektryczny, N m; M c moment oporu (obciążenie, moment statyczny) wytworzony przez mechanizm produkcyjny, N m, jest zwykle redukowany do wału silnika (wzory redukcyjne omówiono w wykładzie 14); Prąd twornika silnika elektrycznego, A; Napięcie U przyłożone do łańcucha kotwicy, V; E siła elektromotoryczna (EMF) maszyny prądu stałego (dla silnika elektrycznego nazywana jest przeciw-emf, ponieważ w silniku elektrycznym jest skierowana w kierunku napięcia U i zapobiega przepływowi prądu), V; F strumień magnetyczny wytworzony w silniku elektrycznym podczas przepływu prądu wzbudzenia przez OF, Wb; R I rezystancja obwodu twornika, Ohm; ω to częstotliwość kątowa (prędkość) obrotu twornika EM, s -1 (zamiast ω często używana jest wartość n, rpm), 60 ω n =. (4.1) π R moc silnika, W, rozróżnić moc mechaniczną (użyteczną) na wale EM R mech i pełną (elektryczną) moc P mech = M ω, (4.) R el = U I i; (4.3) η współczynnik sprawności MPT, równy stosunkowi mocy użytkowej do sumy; Współczynnik przeciążalności λ, rozróżnij przeciążalność dla prądu λ I i momentu λ M: 9

31 λ I \u003d I max / I n; λ M = M max / M n. Zależność między parametrami MPT odzwierciedlają następujące cztery wzory: dω MM = c dt J, (4.4) E = K Ф ω, (4.5) UE Ii =, R i (4.6) М = К Ф I i , (4.7) gdzie J jest momentem bezwładności elektrycznego układu napędowego, kg m; dω/dt przyspieszenie kątowe wału silnika, c -1 ; K jest stałą projektową silnika elektrycznego, pn N K =, (4,8) π a gdzie pn jest liczbą par biegunów głównych; N to liczba aktywnych przewodów twornika; a to liczba par równoległych rozgałęzień twornika. Wzór (4.4) jest zmodyfikowanym zapisem podstawowego równania ruchu napędu elektrycznego dω M Mc = J. (4.9) dt Należy zauważyć, że podstawowe równanie ruchu jest analogiem prawa Newtona a = F/m. Jedyna różnica polega na tym, że dla ruchu obrotowego przyspieszenie liniowe zastępuje się przyspieszeniem kątowym ε = dω/dt, masa m jest zastępowana momentem bezwładności J, a siła F momentem dynamicznym M dyn, równym różnicy między momentem silnika elektrycznego M i momentu statycznego M s. Wzór (4.5) odzwierciedla zasadę działania generatora prądu stałego opartą na prawie indukcji elektromagnetycznej. Aby pojawiła się siła elektromotoryczna, wystarczy obrócić twornik z określoną prędkością ω w strumieniu magnetycznym F. 30

32 EMF E w maszynie nie można uzyskać, jeśli brakuje przynajmniej jednej z wielkości: ω (silnik nie obraca się) lub Ф (maszyna nie jest wzbudzona). Ze wzoru (4.6) wynika, że ​​prąd I i w obwodzie twornika płynie w silniku pod działaniem przyłożonego do twornika napięcia U. Wartość tego prądu jest ograniczona przez przeciwsemf wytworzony podczas obrotu silnika elektrycznego i całkowita rezystancja obwodu twornika. Formuła (4.7) faktycznie ilustruje zasadę działania prądu stałego ED w oparciu o prawo oddziaływania prądu w przewodniku i pola magnetycznego (prawo Ampère'a). Do wystąpienia momentu obrotowego konieczne jest wytworzenie strumienia magnetycznego F i przepuszczenie prądu I I przez uzwojenie twornika. Powyższe wzory opisują wszystkie główne procesy w silniku prądu stałego. MPT wyróżnia się sposobem włączenia uzwojenia głównych biegunów (uzwojenia wzbudzenia) w obwód elektryczny. 1. Maszyny prądu stałego z niezależnym wzbudzeniem. Istotą tego terminu jest to, że obwód elektryczny uzwojenia wzbudzenia (OV) jest niezależny od obwodu mocy wirnika EM. W przypadku generatorów jest to praktyczna jedyna opcja rozwiązania obwodu, ponieważ. obwód wzbudzenia steruje pracą MPT. Wzbudzenie w silnikach prądu stałego z niezależnym wzbudzeniem (DPT NV) może być wykonywane na magnesach trwałych. DPT NV z tradycyjnym OF posiada dwa kanały do ​​sterowania napięciem wirnika i napięciem uzwojenia wzbudzenia. DPT NV to najpopularniejsze maszyny elektryczne prądu stałego Silniki elektryczne ze wzbudzeniem równoległym (DPT PV). Charakteryzują się włączeniem OB równolegle z obwodem twornika ED. Zgodnie z ich cechami są zbliżone do DPT NV. 3. ED ze wzbudzeniem sekwencyjnym (DPT Seq.V). Uzwojenie stojana jest połączone szeregowo z uzwojeniem wirnika, co powoduje zależność strumienia magnetycznego od prądu.

33 kotwy (faktycznie od ładunku). Charakteryzują się nieliniową charakterystyką i są rzadko stosowane w praktyce. 4. Silniki z mieszanym wzbudzeniem są kompromisem EM z szeregowym i równoległym wzbudzeniem. W związku z tym w ED znajdują się dwa OB - równoległy i szeregowy. Jeżeli wartość rezystancji uzwojenia twornika jest nieznana, można zastosować przybliżony wzór. Zakładając, że połowa strat mocy jest związana ze stratami w miedzi uzwojenia twornika, piszemy wzór M U n n η =. n I n n n n i; albo ja. (4.11) In In R U n I R 3

34 WYKŁAD 5 CHARAKTERYSTYKA MECHANICZNA I ELEKTROMECHANICZNA SILNIKA NIEZALEŻNIE WZBUDZALNEGO Zagadnienia poruszane na wykładzie. 1. Naturalne charakterystyki elektromechaniczne i mechaniczne silnika prądu stałego o wzbudzeniu niezależnym (DPT NV).. Sztywność charakterystyki statycznej. 3. Układ jednostek względnych. 4. Charakterystyki mechaniczne i elektromechaniczne DPT NV w jednostkach względnych. Przed przystąpieniem do rozważania cech DPT NV podajemy kilka definicji. Charakterystyki mechaniczne (MX) silnika to zależności prędkości w stanie ustalonym od momentu obrotowego n \u003d f 1 (M) lub ω \u003d f (M). Charakterystyki elektromechaniczne (EMC) silnika to zależności prędkości w stanie ustalonym od prądu n \u003d f 3 (I) lub ω \u003d f 4 (I). Zarówno MX, jak i EMC mogą być również reprezentowane przez funkcje odwrotne M = ϕ 1 (n) lub I = ϕ 4 (ω). Charakterystyki nazywane są naturalnymi, jeśli są uzyskiwane w warunkach mocy nominalnej (przy nominalnym napięciu i prędkości), nominalnym wzbudzeniu i braku dodatkowych rezystancji w obwodzie twornika. Charakterystyki silnika nazywane są sztucznymi, gdy którykolwiek z wymienionych powyżej czynników ulegnie zmianie. Aby uzyskać charakterystykę elektromechaniczną i mechaniczną silnika prądu stałego z niezależnym (równoległym) wzbudzeniem, rozważ najprostszy obwód przełączania silnika (rys. 5.1). 33

35 U + - IE DP KO R add I in OB R DV + U in - Rys Schemat obwodu elektrycznego silnika prądu stałego niezależnego wzbudzenia Napięcie sieci prądu stałego U c \u003d U jest przykładane do twornika silnika elektrycznego, który jest stały stan jest równoważony przez silnik EMF (E) i spadek napięcia w obwodzie twornika (I I R yats). U \u003d E + I R yat, (5.1) gdzie R yat = R i + R dodaj + R dp + R do całkowitej rezystancji obwodu twornika, Ohm; R I rezystancja uzwojenia twornika, Ohm; R dodatkowa dodatkowa rezystancja w obwodzie twornika, Ohm; R dp, R ko odpowiednio, rezystancja uzwojeń dodatkowych biegunów i uzwojenie kompensacyjne, Ohm. Klasa izolacji Tabela 5.1 Temperatura pracy, С А 105 Е 10 В 130 F 155 Н 180 С węzeł. Doprowadzenie rezystancji uzwojeń w obwodzie twornika

36 do temperatury roboczej t, C, przeprowadza się zgodnie z następującym wzorem: R \u003d R (1 + α θ), (5.) ; Współczynnik temperaturowy α, (C) -1, dla miedzi 3 zwykle przyjmuje α \u003d 4 10 (C) -1; θ to różnica pomiędzy temperaturą pracy a t 0, C. Dodatkową rezystancję w zespole szczotka-kolektor można uwzględnić jako stosunek spadku napięcia na styku szczotka-kolektor U w = V do prądu znamionowego twornika . Podstawiając wartość E do równania (5.1) zgodnie z (4.5) i dokonując odpowiednich przekształceń względem prędkości obrotowej ω otrzymujemy charakterystykę elektromechaniczną silnika elektrycznego prądu stałego o wzbudzeniu niezależnym (równoległym) UIR n UR n ω = = ja rz. (5.3) Kfn Kfn Kfn Wyrażając wartość prądu twornika przez moment elektromagnetyczny (4.7) i podstawiając wartość prądu do równania (5.3), otrzymujemy charakterystykę mechaniczną silnika prądu stałego z niezależnym (równoległym) wzbudzeniem: UR ац ω = M. (5.4) KФ ( ) n KFn Analizując równania (5.3) i (5.4) widzimy, że matematycznie są to równania linii prostej przecinającej oś prędkości w punkcie ω 0. Wartość ω 0 = U / (K Fn) nazywamy idealną prędkością biegu jałowego, a stosunki R R jac Ib = M = ω c (5,5) KF KF () 35

37 nazywana jest statyczną różnicą prędkości względem ω 0, spowodowaną obecnością statycznego momentu na wale silnika. Obowiązuje następujący wzór: ω = ω 0 - ω s. (5.6) Aby skonstruować naturalną charakterystykę mechaniczną (EMH), konieczne jest znalezienie dwóch punktów. Jeden z nich wyznaczany jest z danych paszportowych silnika dla wartości nominalnych nn i M n: ω n = π nn /30 = 0,105 nn, M n = P n / ω n, gdzie P n jest mocą znamionową silnik, W; n n znamionowa prędkość EM, obr./min. Drugi punkt odpowiada idealnemu bezczynności, gdy I = 0; M = 0. Można to znaleźć z równania (5.3) podstawiając dane paszportowe silnika: Un ω ω n 0 =. (5.7) Un In R I Budowa naturalnej charakterystyki elektromechanicznej (EEMH) odbywa się w podobny sposób przy wykorzystaniu wartości paszportowej prądu znamionowego I n. EMX można skonstruować znając ω 0 i nachylenie charakterystyki, która jest linią prostą. Wartość nachylenia jest określona przez pochodną dm/dω = β s, zwaną sztywnością statyczną charakterystyki mechanicznej (KF) dm β s = =. (5.8) dω R jac W praktyce stosuje się moduł sztywności statycznej β = β s. Wartość β zależy od rezystancji obwodu kotwiczącego i wzbudzającego strumienia magnetycznego. W związku z powyższym równanie charakterystyki mechanicznej można zapisać jako ω = ω 0 M / β. (5.9) 36

38 Porównanie silników elektrycznych różniących się mocą, prądem, momentem obrotowym, liczbą par biegunów pozwala na przedstawienie charakterystyk EM w jednostkach względnych. System jednostek względnych jest dość często używany w obliczeniach technicznych i opiera się na przyjmowaniu dowolnej wartości jako podstawy. Wartości bezwzględne parametrów o tej samej naturze fizycznej k i, odniesione do wartości bazowej k zasad, można ze sobą porównywać. W jednostkach względnych ok k i i =. (5.10) kbase Do analizy charakterystyk silnika prądu stałego o wzbudzeniu niezależnym przyjmiemy wartości bazowe: U n napięcie znamionowe; Znamionowy prąd silnika I n; moment znamionowy silnika M n; ω 0 idealnej prędkości biegu jałowego; F n nominalny strumień magnetyczny. Podstawowa wartość rezystancji jest zwykle definiowana jako R baza = U n / I n, (5.11) gdzie podstawa R ma następujące znaczenie fizyczne - jest to rezystancja obwodu twornika, która ogranicza prąd twornika do wartości nominalnej w stan (ω = 0) i przyłożone napięcie nominalne. Aby wyrazić charakterystykę elektromechaniczną (5.3) w jednostkach względnych, konieczne jest podzielenie prawej i lewej strony równania przez idealną prędkość biegu jałowego ω 0 EEMH. W rezultacie otrzymujemy wyrażenie o o o U o R yc ω = I, (5.1) o o Ф Ф 37

39 ω gdzie ω o o U o o I o R ац = ; U = ; F = ; ja = ; R jac =. ω 0 U n F n I n R podstawa Równanie charakterystyki mechanicznej w jednostkach względnych można otrzymać z równania (5.1) po podstawieniu do niego wyrażenia I =, gdzie M =. o o M o M o M F n Naturalne właściwości DPT NV w jednostkach względnych przyjmą postać: a) elektromechaniczny b) mechaniczny o o o Ryat ω = 1 I, (5.13) o o o ω = 1 M yat. (5.14) o o z I R o yc M o o yc Statyczna różnica prędkości ω = = R, stąd wynika, że ​​I = M. Zatem w jednostkach względnych naturalne właściwości mechaniczne i elektromechaniczne są zbieżne. Kiedy M \u003d M n i I \u003d I n, z równań (5.13) i (5.14) widać, że statyczny spadek przy obciążeniu znamionowym jest równy rezystancji obwodu twornika w jednostkach względnych, to znaczy o \u003d Ro ωsn yat. Wartość yc zależy od mocy silnika i zawiera się w granicach 0, 0,0 dla DPT NV o mocy od 0,5 do 1000 kW. Znając względną rezystancję twornika, łatwo jest określić prąd zwarciowy w jednostkach względnych Ja k \u003d o Ik I o o o Ik U R Yats n. R o =, w jednostkach bezwzględnych, ten prąd wynosi 38

40 WYKŁAD 6 REGULACJA PRĘDKOŚCI W SILNIKU PRĄDU STAŁEGO Pytania omawiane na wykładzie. 1. Sztuczna elektromechaniczna (IEMH) i mechaniczna (IMH) charakterystyka DCT NV ze zmianą rezystancji wirnika Sztuczna elektromechaniczna i mechaniczna charakterystyka DCT NV ze zmianą strumienia magnetycznego. 3. Sztuczna charakterystyka elektromechaniczna i mechaniczna DPT NV przy zmianach napięcia zasilania. Reostatyczna regulacja prędkości odbywa się poprzez wprowadzenie do obwodu twornika dodatkowych aktywnych rezystorów rezystancyjnych, tj. R jac \u003d (R i + R ya) \u003d var dla U \u003d U n, F \u003d F n. Jak widać z równania charakterystyki mechanicznej (5.4), przy zmianie wartości rezystancji dodatkowej Rdya w obwodzie twornika idealna prędkość obrotowa biegu jałowego ω 0 pozostaje stała, zmienia się tylko moduł sztywności statycznej β, a wraz z nim sztywność (stromość) charakterystyki (rys. 6.1). Na przykład po wprowadzeniu dodatkowego rezystora o rezystancji R dya \u003d R i, moduł sztywności statycznej sztucznej charakterystyki mechanicznej (IMC) β i jest dwa razy mniejszy niż w przypadku naturalnej charakterystyki β e, tj. β i = 0,5 β e. W związku z tym spadek prędkości statycznej ω = ω + ω = ω podwoi się. nie R w jednostkach względnych, można zapisać reostatyczną charakterystykę mechaniczną o o o o o o o ω = 1 M R n = 1 M R n + R n

Opis programu pracy dyscypliny kierunek przygotowania: 23.05.05 Systemy wspomagania ruchu pociągów temat: Systemy i sieci telekomunikacyjne transportu kolejowego Dyscyplina:

Rozdział 2. WŁAŚCIWOŚCI ELEKTROMECHANICZNE I REGULACYJNE NAPĘDÓW PRĄDU STAŁEGO 2.1. Charakterystyki mechaniczne silników elektrycznych i mechanizmów wykonawczych Charakterystyki mechaniczne silnika elektrycznego

SPIS TREŚCI Przedmowa ................................................ 3 Wstęp ...................................................... ... 5 Rozdział pierwszy Część mechaniczna napędu elektrycznego .................... 7 1.1. Krótki

050202. Silnik prądu stałego o wzbudzeniu równoległym Cel pracy: Zapoznanie się z urządzeniem, zasadą działania silnika prądu stałego o wzbudzeniu równoległym. Usuń jego główne cechy.

PYTANIA KONTROLI WEJŚCIOWEJ WIEDZY STUDENTÓW Z DZIEDZINY "Procesy przejściowe w systemach elektroenergetycznych" 1 2 I 1 2 V 1 1. = 80v, U = v 2. = 0v, U = 7 v 3. = 30v, U = v 8 2 Określ wartość EMF

Ministerstwo Edukacji i Nauki Federacji Rosyjskiej Federalna Państwowa Budżetowa Instytucja Oświatowa Wyższego Szkolnictwa Zawodowego Państwowy Uniwersytet Techniczny w Niżnym Nowogrodzie. ODNOŚNIE.

MASZYNY PRĄDU STAŁEGO (MPT) Przeznaczenie, zakresy i urządzenie MPT Prądnice prądu stałego (GPT) Silniki prądu stałego (silniki prądu stałego) 1 MPT są odwracalne, tzn. mogą pracować jako: a)

1 POSTANOWIENIA OGÓLNE DOTYCZĄCE PRZEPROWADZANIA PRÓB WSTĘPNYCH W CELU DOPUSZCZENIA NA STUDIA MAGISTERSKIE W KIERUNKU 13.04.02 „Elektroenergetyka i elektrotechnika” 1.1 Niniejszy Program, sporządzony zgodnie z federalnym

Pytania teoretyczne 1 Zastosowanie, urządzenie i rodzaje transformatorów 2 Zasada działania transformatora, tryby pracy 3 Obwód zastępczy transformatora i jego cechy zewnętrzne 4 Eksperymenty bez obciążenia

Państwowa Autonomiczna Zawodowa Instytucja Edukacyjna Regionu Samara „Nowokujbyszewski Petrochemiczny College”

Silniki prądu stałego 2015 Tomsk Polytechnic University, Department of E&E Wykładowca: dr, profesor nadzwyczajny Olga Vladimirovna Vasilyeva 1 Silnik prądu stałego to maszyna elektryczna, która przekształca energię elektryczną

Opcja 1. 1. Cel, klasyfikacja i urządzenie transformatora. 2. Bezwzględne i względne błędy pomiaru. Klasa dokładności przyrządu pomiarowego. 3. Wraz ze wzrostem częstotliwości obrotów generatora

UKD 621.3.031.: 621.6.052(575.2)(04) Kelebaev Opracował model matematyczny i metodę obliczeniową

Temat 8.1. Samochody elektryczne. Generatory prądu stałego Pytania tematu 1. Maszyny elektryczne prądu stałego i przemiennego. 1. Urządzenie i zasada działania generatora prądu stałego. 2. EMF i rotacja

Maszyny asynchroniczne 2015 Tomsk Polytechnic University, Department of E&E Wykładowca: dr, profesor nadzwyczajny Vasilyeva Olga Vladimirovna Maszyna asynchroniczna to maszyna, w której obraca się

SPIS TREŚCI Przedmowa do drugiego wydania ........................................... 10 Przedmowa do pierwszego wydania ............................................. 12 Rozdział 1. Wprowadzenie ........................ ......................

FEDERALNA PAŃSTWOWA BUDŻETOWA INSTYTUCJA SZKOLNICTWA WYŻSZEGO „KAZAN PAŃSTWOWY BADAWCZO-TECHNICZNY UNIWERSYTET I. JAKIŚ. TUPOLEVA-KAI Zelenodolsk Instytut Inżynierii Mechanicznej

PRACE LABORATORYJNE 2 SILNIK PRĄDU STAŁEGO WZBUDZENIA RÓWNOLEGŁEGO Cel pracy: 1. Poznanie zasady działania i konstrukcji silników prądu stałego. 2. Zapoznaj się z obwodem przełączania silnika

Temat 0. Podstawy napędu elektrycznego Pytania na ten temat. Napęd elektryczny: definicja, skład, klasyfikacja Parametry nominalne maszyn elektrycznych. 3. Tryby pracy silników elektrycznych. 4. Dobór typu i mocy silnika elektrycznego..

Spis tematów programu przedmiotu "Elektrotechnika" 1. Obwody elektryczne prądu stałego. 2. Elektromagnetyzm. 3. Obwody elektryczne prądu przemiennego. 4. Transformatory. 5. Urządzenia i urządzenia elektroniczne.

SILNIK ASYCHRONICZNY TRÓJFAZOWY Z WIRNIKIEM Z ZABEZPIECZENIEM TRYBOWYM Cel pracy: 1 Zapoznanie się z konstrukcją trójfazowych silników asynchronicznych Zapoznanie się z zasadą działania silników asynchronicznych 3 Rozruch

UDC 6213031 (5752) (04) ROZWÓJ I BADANIA SEKCJI MOCY ENERGOOSZCZĘDNEGO ZAUTOMATYZOWANEGO SYSTEMU STEROWANIA DLA TURBOMECHANIZMÓW TPP IV Bochkarev Wyniki prac nad stworzeniem asynchronicznego

MINISTERSTWO EDUKACJI, NAUKI I MŁODZIEŻY REPUBLIKI KRYMU GOU SPO „Bachczysarajskie Kolegium Budownictwa, Architektury i Projektowania” Wytyczne i zadania kontrolne dotyczące elektrotechniki i elektroniki

Temat 9. Maszyny elektryczne prądu przemiennego Pytania tematyczne.. Klasyfikacja maszyn prądu przemiennego.. Urządzenie i zasada działania silnika asynchronicznego. 3. Powstawanie wirującego pola magnetycznego. 4. Prędkość

Http://library.bntu.by/kacman-m-m-elektricheskie-mashiny Przedmowa...3 Wprowadzenie... 4 V.1. Wyznaczanie maszyn elektrycznych i transformatorów... 4 V.2. Przetwornice elektromechaniczne maszyn elektrycznych

Temat 7 Trójfazowe obwody prądu przemiennego Plan 1. Pojęcia ogólne 2. Uzyskiwanie prądu trójfazowego 3. Połączenia gwiazda, trójkąt Kluczowe pojęcia: prąd trójfazowy przewód fazowy przewód neutralny

Co to jest silnik elektryczny? Silnik elektryczny (silnik elektryczny) to urządzenie do przetwarzania energii elektrycznej na energię mechaniczną oraz napęd maszyn i mechanizmów. silnik elektryczny

MINISTERSTWO EDUKACJI REPUBLIKI TADŻYKISTANU I CERTYFIKAT Dziekan Wydziału dr Dodkhudoev M.D.

PRACA 2 BADANIE SILNIKA STAŁEGO Z WZBUDZENIEM RÓWNOLEGŁYM Spis treści 1. Cel pracy. 2 2. Program pracy. 2 3. Podstawy teorii silnika. 4. Badanie eksperymentalne 3 4.1. Początek

1 Maszyny elektryczne Informacje ogólne Wykłady profesora Polevskiego V.I. Wykład 1 Maszyna elektryczna jest urządzeniem elektromechanicznym przetwarzającym elementy mechaniczne i elektryczne

MINISTERSTWO EDUKACJI I NUKA ROSYJSKIEJ FEDERALNEJ PAŃSTWA INSTYTUCJA BUDŻETU WYŻSZEGO SZKOLNICTWA ZAWODOWEGO

MINISTERSTWO EDUKACJI I NAUKI FEDERACJI ROSYJSKIEJ Federalna Państwowa Autonomiczna Instytucja Edukacyjna Wyższego Szkolnictwa Zawodowego „National Research Nuclear University

Wprowadzenie W maszynach synchronicznych prędkość kątowa obrotu wirnika Ω = 2πn jest równa synchronicznej prędkości kątowej pola Ω s = 2πn 1 (wyrażenie 37, s.15). Pola stojana i wirnika w maszynach synchronicznych (jak we wszystkich

3 Spis treści Przedmowa...5 Wstęp...7 I. Moment elektromagnetyczny i siła elektromagnetyczna maszyn elektrycznych o ruchu obrotowym i postępowym. 1. Ogólne wyrażenie na moment i siłę. 14 2.

Ogólne informacje o silnikach elektrycznych Silnik elektryczny. Rodzaje silników elektrycznych i ich cechy konstrukcyjne. Urządzenie i zasada działania silnika elektrycznego Silnik elektryczny przetwarza energię elektryczną

INSTRUKCJA METODOLOGICZNA 2 systemy i technologie” Temat 1. Obwody liniowe prądu stałego. 1. Podstawowe pojęcia: obwód elektryczny, elementy obwodu elektrycznego, przekrój obwodu elektrycznego. 2. Klasyfikacja

Cztery prawa elektromechaniki Spis treści: 1. Informacje ogólne 1.1. Konwersja energii związana jest z wirującymi polami magnetycznymi 1.2. Aby zapewnić ciągłą konwersję energii, konieczne jest, aby

1 Synchroniczne maszyny elektryczne Informacje ogólne i elementy konstrukcyjne Wykłady profesora Polevskiego V.I. Maszyny synchroniczne to maszyny elektryczne na prąd zmienny, w których pole magnetyczne,

Wstęp SEKCJA I Elektrotechnika ogólna Rozdział 1. Obwody elektryczne prądu stałego 1.1. Podstawowe pojęcia pola elektromagnetycznego 1.2. Elementy bierne obwodów i ich charakterystyka 1.3. Elementy aktywne

Przybliżony plan tematyczny i treść dyscypliny „Elektrotechnika i elektronika” Temat.. Obwody elektryczne prądu stałego Ćwiczenie praktyczne Obliczanie obwodów elektrycznych w szeregu,

Katsman M. M. Obliczanie i projektowanie maszyn elektrycznych: Podręcznik dla szkół technicznych Recenzenci: N. G. Karelskaya, A. E. Zagorsky Katsman M. M. K 30 Obliczanie i projektowanie maszyn elektrycznych: Podręcznik.

Maszyny asynchroniczne Maszyna asynchroniczna to maszyna, w której podczas pracy wzbudzane jest wirujące pole magnetyczne, ale której wirnik obraca się asynchronicznie, tj. z prędkością inną niż na polu. 1 sugerowane przez rosyjski

SPIS TREŚCI Przedmowa... 3 Rozdział 1. Liniowe obwody elektryczne prądu stałego... 4 1.1. Urządzenia elektryczne prądu stałego... 4 1.2. Elementy obwodu elektrycznego prądu stałego ... 5 1.3.

9. MASZYNY PRĄDU STAŁEGO Maszyny prądu stałego są maszynami odwracalnymi, tj. mogą pracować zarówno w trybie generatora, jak i w trybie silnika. Silniki prądu stałego mają zalety

Temat 13 Generatory synchroniczne, silniki Plan 1. Konstrukcja generatora synchronicznego 2. Zasada działania generatora synchronicznego 3. Konstrukcja silnika synchronicznego 4. Zasada działania silnika synchronicznego

TREŚĆ DZIEDZINY EDUKACYJNEJ WYKAZ I ZAWARTOŚĆ DZIAŁÓW (MODUŁÓW) DZIEDZINY p/n Moduł dyscypliny Wykłady, niestacjonarne 1 Wprowadzenie 0,25 2 Liniowe obwody elektryczne prądu stałego 0,5 3 Liniowe obwody elektryczne

UKD 681.518.22+681.518.5: 621.313.333 W.Ju Ostrowlanczik, doktor nauk technicznych, profesor, kierownik. kawiarnia AEP i PE (SibGIU) I. Yu. wykładowca na wydziale AEP i PE (SibGIU) Nowokuźnieck PORÓWNANIE

Przedmowa 3 Wprowadzenie 5 Rozdział pierwszy. Obwody elektryczne prądu stałego 10 1.1. Pozyskiwanie i zastosowania prądu stałego 10 1.2. Elementy instalacji elektrycznych, obwody elektryczne i schematy

MI KUZNIECOWA PODSTAWY ELEKTRYKI WYDANIE PIĄTE, ZMIENIONE POD WYDANIEM KAND. TECHNIKA NAUKA S. W. STRAKHOWA Zatwierdzona przez Akademicką Radę Kształcenia Zawodowego Dyrekcji Głównej

86 BIULETYN GGTU IM. PO SUKHOGO 16

SPIS TREŚCI Przedmowa ................................................ .... 5 1. Obliczanie mocy napędów elektrycznych obrabiarek 1.1. Informacje ogólne.............................. 7 1.2. Strugarki ................................................

FAZhT FGOU SPO Alatyr Wyższa Szkoła Transportu Kolejowego Maszyn Elektrycznych

FEDERALNA AGENCJA DS. EDUKACJI SYBERYJSKA FEDERALNA UNIWERSYTET POLITECHNICZNY INSTYTUT NAPĘDU ELEKTRYCZNEGO Materiały kontrolno-pomiarowe Krasnojarsk SFU 2008 UDC 62-83(07) P12 Recenzent:

Departament Edukacji i Nauki Regionu Tambowskiego TOGAPOU „Agro-Industrial College” PM 3 „Konserwacja, rozwiązywanie problemów i naprawa sprzętu elektrycznego i zautomatyzowanego

Niekomercyjna spółka akcyjna AKADEMIA ENERGETYCZNO-KOMUNIKACYJNA ALMATY Katedra napędu elektrycznego i automatyki instalacji przemysłowych OSZCZĘDNOŚĆ ENERGII ZA POMOCĄ ZAUTOMATYZOWANEGO NAPĘDU ELEKTRYCZNEGO

TEMAT 1. MASZYNY ELEKTRYCZNE PRĄDU STAŁEGO Zadanie 1. Zgodnie z wybraną opcją zadania (Tabela 1, kolumny 2, 3, 4) narysuj szkic przekroju maszyny dwubiegunowej prądu stałego i pokaż

Certyfikacja średniozaawansowana (w formie egzaminu). Egzamin ma formę odpowiedzi na bilety. Każdy bilet zawiera 3 pytania dotyczące jednego z każdego zadania. Razem bilety 28. 28 biletów szczęśliwy student wybiera sam

UDC 621.313.323 W SPRAWIE PRZEPISÓW REGULACJI CZĘSTOTLIWOŚCI SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH W PRZEPOMPOWNIACH OLEJU Shabanov V.A., Kabargina O.V. Ufa State Petroleum Technological University E-mail: ShabanovVA1@yandex.ru

MINISTERSTWO EDUKACJI I NAUKI ROSJI Federalna Budżetowa Instytucja Edukacyjna Wyższego Szkolnictwa Zawodowego „Tomski Państwowy Uniwersytet Architektury i Inżynierii Lądowej” (TGASU) CHARAKTERYSTYKA WYDAJNOŚCI

S=UI
P=Mω
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

Wstęp

1.1 Definicja pojęcia „Elektryczny
Jednostka napędowa"
napęd elektryczny
jest sterowanym elektromechanicznym
system. Jego celem jest konwersja energii elektrycznej
na mechaniczne i odwrotnie i zarządzaj tym procesem.
Napęd elektryczny ma dwa kanały - mocy i informacji
(zdjęcie
1.1).
Przez
pierwszy
kanał
przewieziony
zamienny
energia, przez drugi kanał jest prowadzona
zarządzanie przepływem energii oraz gromadzenie i przetwarzanie informacji o
stan i funkcjonowanie systemu, jego diagnostyka
błędy.
Kanał mocy składa się z dwóch części
elektryczne i
mechaniczne i musi zawierać
łącze łączące
konwerter elektromechaniczny.
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

Rysunek 1.1. Ogólna budowa napędu elektrycznego

zautomatyzowany system sterowania wyższego poziomu
Kanały połączenia
IP
Internet
PE
kanał
napęd elektryczny
EMF
poseł
Pracownik
organ
Część elektryczna
Mechaniczny
Kanał mocy napędu elektrycznego
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie
Zakład przetwórczy
System
dostawa energii elektrycznej
Informacyjne

W części elektrycznej kanału zasilającego napędu elektrycznego
zawiera przetworniki elektryczne EP, nadawczo
energia elektryczna ze źródła zasilania IP do
przekształtnik elektromechaniczny EMF i odwrotnie i
przeprowadzanie transformacji parametrów elektrycznych
energia.
Mechaniczny
część
napęd elektryczny
zawiera
od
ruchomy korpus przetwornika elektromechanicznego,
przekładnie mechaniczne MP i korpus roboczy instalacji, w
w którym energia mechaniczna jest pożytecznie realizowana.
napęd elektryczny
oddziałuje
od
system
zasilanie (lub źródło energii elektrycznej),
instalacja technologiczna i za pośrednictwem informacji
Konwerter IP z systemem informacyjnym ponad
wysoki poziom.
Elektryczny
Jednostka napędowa
używany
w

gospodarka.
szeroki
Rozprzestrzeniać się
napęd elektryczny
N.I. Usenkow. Elektryczny
zastrzeżony
funkcje
elektryczny
energia:
jazda po niebie

Napęd elektryczny jest jednym z najbardziej energochłonnych
konsumentów i konwerterów energii. On konsumuje
ponad 60% całej wyprodukowanej energii elektrycznej.
Elektryczny
Jednostka napędowa
szeroki
używany
w
przemysł, transport i użyteczności publicznej
gospodarka.
Elektryczny
Jednostka napędowa
jeden
od
bardzo
odbiorców energochłonnych i konwerterów energii.
Teoria
regulowane
napęd elektryczny
Odebrane
intensywny rozwój dzięki
ulepszenia
tradycyjna i tworzenie nowej mocy sterowana
przyrządy półprzewodnikowe (diody, tranzystory i
tyrystory), układy scalone, rozwój cyfrowych
informatyka i rozwój różnych
mikroprocesorowe systemy sterowania.
Własność
teoria
w
obszary
regulowane
napęd elektryczny
jest
jeden
od
najważniejsze
element szkolenia zawodowego specjalistów
N.I. Usenkow. Elektryczny
kierunek „Elektrotechnika,
energia i technologia
jazda po niebie

1.2. Skład i funkcje napędu elektrycznego

Funkcjonować
elektryczny
przetwornik
PE
zawiera
w
konwersja energii elektrycznej dostarczanej przez sieć C i
charakteryzujący się napięciem Uc i prądem Ic sieci, do sieci elektrycznej
ta sama energia wymagana przez silnik i charakteryzująca się wielkościami
Ja, ja.
Konwertery są niezarządzane i zarządzane. Oni są
może mieć jednostronny (prostownik) lub dwustronny (z
dostępność
dwa
zestawy
zawory)
przewodność,
Na
jednokierunkowe przewodzenie przetwornika i odwrotne (od
obciążenie) przepływ energii wykorzystuje dodatkowy klucz
element na tranzystorze do „spuszczania” energii w trybie hamowania
napęd elektryczny.
Przetwornica elektromechaniczna EMI (silnik), zawsze
obecny w napędzie przekształca elektryczny
energię (U, I) na energię mechaniczną (M,ω).
Przetwornik mechaniczny MP (przekładnia): skrzynia biegów, para
nakrętka, N.I.
Bloki,
Usenkov.crank
Elektryczny mechanizm korbowy
koordynować
moment M i prędkość ω silnika z
jazda po niebie

Rysunek 1.2. Kanał energetyczny napędu elektrycznego
P2
P1
Internet
ΔPc
Pe
Nas, ja
Pr
Pm
ΔPem
U, ja
Mm, m
M, w
EMF
PE
Δ Pro
poseł
Pr
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie
RO

wielkie ilości,
charakteryzować
zamienny
energia:
napięcia, prądy momenty (siły) prędkości położenie wału in
przestrzeń nazywa się współrzędnymi napędu.
Główną funkcją siłownika jest sterowanie
współrzędne, czyli w ich wymuszonym kierunku
zmiana zgodnie z wymaganiami technologicznymi
proces.
Współrzędne muszą być zarządzane w obrębie,
dozwolony
Struktury
elementy
napęd elektryczny,
w jaki sposób
zapewnić niezawodność systemu. Te dopuszczalne
limity są zwykle związane z nominalnymi wartościami współrzędnych,
zapewnienie optymalnego wykorzystania sprzętu.
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

zautomatyzowany
napęd elektryczny
(AEP)
ten
układ elektromechaniczny składający się z elektrycznego
Maszyna EM połączona mechaniczną skrzynią biegów
PU z mechanizmem roboczym RM, przetwornica SP,
układ sterowania SU, zespół czujnika BSU,
które działają jako czujniki sprzężenia zwrotnego
Główny
zmienne
stany
PE
(parametry:
położenie wału maszyny roboczej, prędkość kątowa, moment,
prąd silnika) i zasilacze zapewniające
zasilanie określonych urządzeń elektrycznych.
Półprzewodnik
wspólne przedsięwzięcie
podawać
dla
harmonizowanie
elektryczny
parametry
źródło
elektryczny
energia
(Napięcie,
częstotliwość)
od
elektryczny
parametry maszyny EM i regulacja jej parametrów
(prędkość, napięcie i odwrócenie obrotów)
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

Rysunek 1.3. Schemat blokowy zautomatyzowanej
napęd elektryczny
Źródło mocy
Sygnał
zadania
EM
SU
wspólne przedsięwzięcie
BSU
PU
RM
kanał informacyjny PE
Część elektryczna EP
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie
Część mechaniczna EP

System sterowania jest przeznaczony do sterowania
konwerter mocy i jest zbudowany z reguły na
chipy lub mikroprocesor. Na wejściu systemowym
kierownictwo
serwowane
sygnał
zadania
I
sygnały
negatywne sprzężenie zwrotne z jednostki czujnika
urządzenia.
System
kierownictwo,
w
zgodność
od
wbudowany w nią algorytm generuje sygnały
sterowanie przekształtnikiem mocy, sterowanie
maszyna elektryczna.
Bardzo
idealny
napęd elektryczny
jest
zautomatyzowany
napęd elektryczny
nastawny
napęd elektryczny
od
automatyczny
rozporządzenie
zmienne stanu.
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

Zautomatyzowany napęd elektryczny dzieli się na:
EP ze stabilizacją prędkości lub momentu obrotowego;
Sterowany oprogramowaniem EP, który się porusza
mechanizm roboczy zgodny z programem zawartym w sygnale
zadania;
Popychacz EA, który przesuwa mechanizm roboczy do środka
zgodnie z dowolnie zmieniającym się sygnałem wejściowym;
Pozycyjny
PE,
zaprojektowany
regulacja położenia mechanizmu roboczego,
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie
dla

N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

Napęd elektryczny oparty na silnikach prądu stałego
obecny
używany
w
różny
branże
przemysł:
metalurgia,
Inżynieria,
chemiczne, węglowe, drzewne itp.
Rozporządzenie
kątowy
prędkość
silniki
stały
obecny
trwa
ważny
miejsce
w
zautomatyzowany napęd elektryczny. Aplikacja z
tym celem przekształtników tyrystorowych jest:
jeden z nowoczesnych sposobów na stworzenie regulowanej
Napęd elektryczny prądu stałego.
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

Kontrola prędkości DPT z HB odbywa się przez trzy
sposoby:
1. Zmiana napięcia na tworniku silnika przy stałym prądzie w uzwojeniu
pobudzenie;
2. Zmieniając prąd w uzwojeniu wzbudzenia silnika na stałą
napięcie kotwicy;
3. Połączona zmiana napięcia twornika silnika
uzwojenie wzbudzenia.
i prąd w
Napięcie twornika silnika lub prąd w uzwojeniu wzbudzenia zmienia się z
za pomocą sterowanych prostowników, z których największe zastosowanie
otrzymał jednofazowe i trójfazowe prostowniki mostkowe.
Podczas sterowania silnikiem przez obwód uzwojenia pola, kontrolowany
prostownik jest zaprojektowany dla mniejszej mocy i ma lepsze wskaźniki wagi, rozmiaru i kosztów.
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

Jednak ze względu na dużą stałą czasową
uzwojenia wzbudzenia, najgorzej ma napęd elektryczny
dynamiczny
nieruchomości
(jest
mniej
wysokiej prędkości) niż na obwodzie twornika silnika. Więc
droga
wybór
więzy
kierownictwo
ustalona
specyficzne wymagania dotyczące napędu.
Podczas pracy z mechanizmami produkcyjnymi
(np. mechanizmy główne i pomocnicze)
koła zębate w maszynach przetwórczych, mechanizmy dźwigowe,
windy) konieczna jest zmiana kierunku obrotów
silnik
(realizować
odwracać).
Reszta
kierunkom obrotu zwykle towarzyszą takie
wymagania takie jak szybkie (a jednocześnie płynne)
hamowanie i płynne przyspieszanie.
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

Można osiągnąć odwrócenie kierunku obrotów silnika napędowego
przez zmianę polaryzacji napięcia dostarczanego do twornika lub przez zmianę
kierunek prądu w uzwojeniu wzbudzenia. W tym celu w łańcuchu kotwicy lub
uzwojenia wzbudzenia wejść do przełącznika stykowego (rewers) lub
stosowane są dwa sterowane przekształtniki tyrystorowe.
Schemat strukturalny odwracalnego przekształtnika tyrystorowego z
przełącznik stykowy w obwodzie uzwojenia twornika pokazano na rysunku. W
ten obwód, jak w większości konwerterów przeznaczonych do
napęd, tryb prostowania zmienia się z trybem odwracania.
Czyli na przykład podczas przyspieszania w trybie startowym i stabilizowania go w
warunki
podnieść
masa
na
wał
silnik
tyrystor
konwerter pracuje w trybie prostowniczym, dostarczając energię
silnik. W razie potrzeby hamowanie i późniejsze zatrzymanie
dostarczanie do niego energii silnika z sieci przez konwerter
zatrzymać,
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

tłumaczenie
silnik w trybie odwróconym.
Maszyna prądu stałego pod działaniem bezwładności
masa na jej wale przechodzi w tryb generatora,
oddanie zmagazynowanej energii przez konwerter
do sieci prądu przemiennego (hamowanie odzyskowe).
Schemat blokowy konwertera cofania
Internet
380 V, 50 Hz
Usync
VS1
UZ1
VS6
SIFU
Uo.s
1
ID1
2
QS1
Uda
1
2
ID2
M1
LM1
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie
Uz.s

N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

Układ przekształtnik tyrystorowy-silnik

Główny typ konwerterów stosowanych w regulowanych
DC EP są półprzewodnikowe statyczne
przekształtniki (tranzystorowe i tyrystorowe). Oni reprezentują
sterowane prostowniki nawrotne lub nieodwracające,
zbierane na zero lub mostku jednofazowe lub trójfazowe
schematy. Tranzystory mocy są używane głównie do
regulacja napięcia impulsu w małej mocy EP.
Zasada działania, właściwości i charakterystyka systemu TP - D
Rozważ przykład obwodu pokazanego na ryc. 2.
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

à)
á)
~ U1
i1
T1
e2.1
VS1
Ud
+
M2
+
Ia1
ID
Uo1
Uo
2
e2.2
LM
3
VS2
i
0
L
1
Ia2
4
5
6
Uo2
Ñ È Ô Ó
UÑ
Zdjęcie
2
N.I. Usenkow.
Elektryczny
jazda po niebie
7
m

Sterowany prostownik (konwerter) zawiera
transformator dopasowujący T, posiadający dwa uzwojenia wtórne,
dwa tyrystory VS1 i VS2, reaktor wygładzający z
indukcyjność L i układ sterowania fazą impulsową
SIFU. Uzwojenie wzbudzenia silnika OBM jest zasilane samodzielnie
źródło.
Prostownik zapewnia regulację napięcia na
silnika, zmieniając średnią wartość jego EMF EP. Ten
osiąga się za pomocą SIFU, która zmienia się wraz z sygnałem UU
kąt sterowania tyrystora α (kąt opóźnienia otwarcia
tyrystory VS1 i VS2 względem momentu włączenia potencjału
ich anody stają się dodatnie w porównaniu do
potencjał na katodzie). Gdy α = 0, tj. tyrystory VS1 i VS2
odbierać impulsy sterujące Uα z SIFU w określonym momencie,
konwerter wykonuje rektyfikację pełnookresową
i pełne napięcie jest przykładane do twornika silnika. Jeśli z
za pomocą SIFU dostarczanie impulsów sterujących do tyrystorów VS1 i
VS2 występuje z przesunięciem (opóźnieniem) o kąt α ≠ 0, to EMF
konwerter maleje, a co za tym idzie maleje
średnie napięcie dostarczane do silnika.
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

Zależność średniej wartości SEM przekształtnika wielofazowego
z kąta sterowania tyrystora a ma postać:
(1)
ECP Emax m sin m cos ECP 0 cos
gdzie m jest liczbą faz;
E - wartość amplitudy EMF konwertera;
ESR0 - przetwornik EMF przy α = 0.
Aby zmniejszyć szkodliwy wpływ tętnienia prądu na tarczę twornika
zwykle włączony jest reaktor wygładzający, którego indukcyjność L
jest wybierany w zależności od dopuszczalnego aktualnego poziomu tętnienia.
Równania dla charakterystyk elektromechanicznych i mechanicznych
silnik:
(2)
(3)
ECP 0 cos k I RY RP k
ECP 0 cos
k M RЯ
RP
k2
gdzie
- równoważna rezystancja
RP xT m2 RT RL
przetwornik;
xT, RT - odpowiednio zredukowane do uzwojenia wtórnego
Reaktancja indukcyjna upływu i rezystancja czynna
uzwojenia transformatorów;
RL to aktywny opór reaktora wygładzającego.
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

W zacienionym obszarze silnik pracuje w trybie
prąd przerywany, który determinuje zauważalną zmianę (spadek)
charakterystyka sztywności. Ze względu na przewodzenie jednokierunkowe
charakterystyki przetwornika znajdują się tylko w pierwszym
(1...3 przy α = 0; 30, 60°) i czwarty (4...7 przy α = 90, 120, 150, 180°)
kwadranty. Mniejsze kąty sterowania odpowiadają większemu SP i,
stąd wyższa prędkość obrotowa silnika; przy α = π/2 EMF
UV EP = 0 i silnik pracuje w trybie dynamicznego hamowania.
Na ryc. 3 przedstawia schemat EA z mostkiem trójfazowym
nieodwracalne promieniowanie UV.
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

~380 Â; 50 Ãö
T1
UÑ
Uo
Ñ
È
Ô
Ó
U
VS1
+
VS6
VS1
VS4
VS3
VS6
VS5
VS2
Ud
L
ID
M1
+
LM
-
UB
N.I. Usenkow.
Elektryczny
Zdjęcie
3
jazda po niebie
-

Wydajność silnika we wszystkich czterech
kwadranty to prostowniki sterowane odwracalnie,
które składają się z dwóch nieodwracalnych prostowników, na przykład z
wyjście zerowe rys. 4.
ale)
~380 V; 50 Hz
b)
T1
2
UC
U
U
OD
ORAZ
F
Na
VS1
+
VS6
VS1
VS4
VS3
VS6
VS5
VS2
L1
-
2
L
1 minuta
0
min
m
1 2
1maks.
M1
UB
2 2
L2
+
maks
-
N.I. Usenkow.
Elektryczny
Zdjęcie
4
jazda po niebie

Odwracalny
nazywa się
konwertery,
pozwalać
zmienić polaryzację napięcia i prądu stałego w obciążeniu.
Reversible SW wykorzystuje dwie podstawowe zasady
sterowanie zespołami zaworowymi: wspólne i oddzielne.
Wspólna kontrola zapewnia zasilanie z systemu
sterowanie fazowe impulsów sterujących tyrystorami
Uα jednocześnie na tyrystorach obu zestawów - VS1, VS3, VS5
(grupa katodowa) i VS2, VS4, VS6 (grupa anodowa). Jednocześnie ze względu na
obecność kąta przesunięcia między impulsami sterującymi dwóch zestawów
tyrystory zbliżone do π, jeden z nich pracuje w prostowniku
tryb i przewodzi prąd, a drugi, pracujący w trybie falownika, prąd
nie prowadzi. Aby zapewnić taką kontrolę między średnią
Wartości EMF prostownika i falownika muszą istnieć
stosunek
jednak ze względu na różnicę wartości chwilowych
SEM między zestawami tyrystorów przepływa tzw
prąd równoważący. Aby ograniczyć to w obwodzie pokazanym na ryc.
4a, zapewniono dławiki udarowe L1 i L2.
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

Schematy konwerterów zaworów,
zapewnienie zmiany kierunku
przepływ energii
W zautomatyzowanych napędach elektrycznych
wyreguluj prędkość silnika napędowego.
wymagany
Podczas korzystania z maszyn prądu stałego jest
zadaniem jest nie tylko kontrola prędkości obrotowej (dla
zmieniając wielkość napięcia zasilania), ale także
zmiana kierunku obrotów (wsteczny). Dla tego
trzeba zmienić zarówno polaryzację napięcia na
obciążenie i kierunek prądu w obciążeniu.
Ten problem rozwiązuje specjalny
Przetwornica DC bez aplikacji
sprzęt kontaktowy,
tak zwany rewers
N.I. Usenkow. Elektryczny
konwerter prądu stałego
prąd, składający się
jazda po niebie

składający się z dwóch kompletów zaworów, z których każdy
umożliwia przepływ prądu przez obciążenie tylko w jednym
kierunek.
Wszystkie istniejące schematy konwerterów zaworów rewersyjnych
można podzielić na dwie klasy:
krzyż („osiem”) schematy i
obwody przeciwrównoległe.
W obwodach krzyżowych (rysunek a - zero i b - mostek)
transformator posiada dwie grupy izolowanych uzwojeń zaworowych,
z którego zasilane są dwa zestawy zaworów.
W obwodach symetrycznych (rysunek c) tylko jeden
grupa uzwojeń zaworowych transformatora.
W odwrotnej kolejności
są:
konwertery
bardzo
zero trójfazowe;
podwójny trójfazowy z wyrównaniem
reaktor i
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie
rozpowszechniony

Trójfazowy konwerter nawrotny
z zerowym wyjściem
A
T1
C
Usync
n
a
UZ1
b
b1
1
c1
a2
b
c2
2
Iur2
Lur1
ID1
Uda
Iur2
VS1…
VS3
US2
Lur2
ID2
M1
N.I. Usenkow. Elektryczny
LM1
jazda po niebie
VS4…
VS6
SIFU 1
SIFU 2
Usync
Uzs

Obwody prostownika trójfazowego są używane do indukcyjności
obciążenie do zasilania uzwojeń wzbudzenia maszyn elektrycznych,
sześciofazowy
do zasilania łańcuchów kotwicznych silnika,
dwunastofazowe szczególnie mocne napędy elektryczne.
Działanie konwertera cofania
Załóżmy, że w początkowym momencie maszyna
obracany zgodnie z ruchem wskazówek zegara z prędkością n obr./min. W tym samym czasie ona
rozwinięty back-EMF Ejak i prąd płynął przez obwód kotwicy
(zdjęcie
). Maszyna była zasilana od pierwszego
zestaw zaworowy konwertera UZ1 pracujący w
tryb prostowania. Aby zmniejszyć prędkość obrotową
maszyny, należy wtedy zmniejszyć dostarczane do niej napięcie zasilania
istnieje potrzeba zwiększenia kąta sterowania tyrystorami
VS1,VS2,VS3 prostownika UZ1.
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

Jednocześnie, ze względu na bezwładność silnika, jego przeciw-EMF Ejak nie może
zmienia się gwałtownie i okazuje się być większy niż napięcie Ud1 włączone
wyjście
przetwornik
(na
Kotwica
silnik).
zawory
konwerter UZ1 szybko się wyłącza i zmniejsza się prąd obciążenia
do zera. Ale na zaciskach łańcucha kotwicy maszyny elektrycznej,
obracając się bezwładnością, zachowany jest tylny Eyak EMF, który
pozwala na użyteczne wykorzystanie energii kinetycznej ruchu obrotowego
napęd, zamieniając go na elektryczny, a jednocześnie szybko
zwolnić samochód elektryczny.
W tym celu należy przekonwertować pierwszy zestaw zaworów na
tryb falownika, czyli zwiększyć kąt α1 > 90°. Ale najpierw
Zestaw konwertera UZ1 nie może być używany w falowniku
tryb, ponieważ konieczne jest ustawienie odwrotnej polaryzacji na maszynie
napięcie Ud1. Dlatego drugi
zestaw zaworowy UZ2 (α2 > 90°), którego wylot jest podłączony do
obciążenie równolegle do wyjścia pierwszego zestawu UZ1. Samochód
działa w trybie generatora, więc jego prędkość obrotowa
spada. W związku z tym tylny Eyak, który jest
napięcie zasilania N.I.
dla Usenkowa.
drugi elektryczny
Zestaw UZ2 działający w
tryb falownika. jazda po niebie

n
Hamowanie
Silnik mi
Podkręcanie
tryb
Silnik
tryb
0
T
Odwracać
i
mi
0
T
<90
US2
W
ORAZ
>90
ORAZ
>90
<90
UZ1
W
UZ1
<90
W
Rys 1.2. Schemat trybu pracy
Maszyna elektryczna prądu stałego
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

Gdy maszyna elektryczna się zatrzyma (Ejak=0; n=0), możesz
przekształć drugi zestaw zaworów UZ2 w prostownik
tryb (α2<90°). При этом электрическая машина опять переходит
w tryb silnika i jest zasilany przez drugi zestaw zaworów
US2.
Kierunek
obrót
samochody
zmiany
na
przeciwnie (silnik wsteczny) i zaczyna od nowa
przyspieszyć (od n=0 do danej prędkości, np. do
n=nnom w trzecim kwadrancie współrzędnych napędu: n i I lub n
oraz m).
Jeśli odwrotność jest wymagana ponownie, wtedy
kąt α2 drugiego zestawu zaworów UZ2, jego zawory są zamknięte.
Pierwszy zestaw zaworów UZ1 jest konwertowany na falownik
tryb (α 1>90°), kierunek prądu twornika Id jest odwrócony,
maszyna elektryczna pracuje w trybie generatora do
całkowite zatrzymanie silnika.
W przyszłości, wraz ze spadkiem kąta α1>90°, pierwszy zbiór
zawory UZ1 przechodzą w tryb prostownika i
silnik rozpędza się do ustawionej prędkości.
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

Charakterystyka regulacyjna odwracalnego
przetwornik
Uda
Ud0
Udα1
α1
Tryb
prostownik
0
Udβ1
π
π/2
Tryb
falownik
α2
β1
-Ud0
Udβ
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie
α
β

Jeśli średnie wartości naprężeń są włączone
na wyjściu UZ1 i UZ2 otrzymujemy wyrażenie
Udokosα1 = Udokosβ2.
Dlatego konieczne jest, aby α1= β2. Ponieważ w
tryb falownika β =180°- α, to warunek równości
średnie wartości napięć w obwodzie wyrównawczym
można przedstawić jako α1+ α2 =180°, gdzie α1 i α2 są kątami
sterowanie tyrystorami pierwszego i drugiego zestawu
zawory, liczone od punktu naturalnego
odblokowanie tyrystorów.
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

Cechy zewnętrzne odwracalnego
przetwornik
Charakterystyka zewnętrzna prostownika i falownika
zestawy w tym przypadku są kontynuacją jednego
inny i dać liniową wynikową zewnętrzną
charakterystyka konwertera cofania
Uda
β1
α1
β1 > β
2
α2 > α
β3 > β
2
1
α3 > α
2
Tryb
falownik
Tryb
prostownik
0
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie
ID

Wspólne sterowanie zaworem
zestawy
Jeżeli impulsy sterujące są podawane jednocześnie do
zawory obu zestawów UZ1 i UZ2 oraz kąty sterujące
tyrystory spełniają warunek
α1 + α2 = π,
kontrola
zawór
Zgoda.
grupy
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie
nazywa się

Oddzielne sterowanie zaworem
zestawy
Aby uzyskać napęd elektryczny, który działa we wszystkich czterech?
kwadranty pola: ω - I lub ω - M, konieczne jest użycie rewersu
przekształtnik tyrystorowy zapewniający przepływ prądu twornika
silnik w obu kierunkach.
Przetwornice nawrotne zawierają dwie grupy tyrystorów,
połączone równolegle do siebie.
W tym schemacie dwa zestawy zaworów UZ1 i UZ2, każdy zmontowany zgodnie z
trójfazowy obwód mostkowy, połączony równolegle ze sobą za pomocą
przeciwna polaryzacja po wyprostowanej stronie prądu.
Zastosuj impulsy odblokowujące jednocześnie do obu grup tyrystorów
niemożliwe, ponieważ nastąpi zwarcie. Dlatego w tym schemacie
może tylko działać
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

jedna grupa tyrystorów UZ1 lub UZ2; inna grupa
tyrystory muszą być zamknięte (impulsy otwarcia
REMOVED).
Tak więc konwertery odwrotne z
oddzielne sterowanie - są to przetworniki, w
które impulsy sterujące przychodzą tylko do jednego
z zestawów zaworów przewodzących prąd. impulsy
sterowanie do drugiego zestawu zaworów w tym czasie nie jest
są dostarczane, a jego zawory są zamknięte. Reaktor Lur w schemacie
może brakować. Zobacz Gorby243s
Z oddzielnym sterowaniem zaworami,
tylko ta grupa tyrystorów, która jest obecnie
musi przewodzić prąd w obciążeniu. Wybór tej grupy
zależy od kierunku ruchu siłownika ("Do przodu" lub
„Powrót”) oraz z trybu pracy napędu: silnik
tryb lub hamowanie rekuperacyjne.
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

Tabela 1 - Wybór zestawu zaworów
Tryb pracy EP
Silnik
Hamulec
Kierunek
ruchy
"Do przodu"
UZ1
US2
"Plecy"
US2
UZ1
W systemach sterowania EA wybór i włączenie pożądanej grupy
tyrystory są produkowane automatycznie za pomocą logicznego
urządzenie przełączające LPU, którego zasada budowy
pokazano na rysunku.
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

Akceptujemy kierunek prądu twornika podczas pracy „Do przodu” w
tryb silnika na pozytyw. Z pozytywnym sygnałem
ustawienie prędkości (ustaw, odpowiadającej ruchowi)
„Naprzód” i
sygnał błędu prędkości, który w trybie silnika również jest
będzie (ωset- ω)≥0, sygnał przychodzący do LPU z regulatora prądu,
będzie miał znak (+). Zgodnie z tym placówka zdrowia włączy elektronikę
klucz QS1, który dostarcza impulsy odblokowujące do tyrystora
grupa UZ1. Kąt sterowania α1 jest ustawiany przez system
automatyczna regulacja zgodnie z sygnałem wyjściowym
regulator prądu RT. Obie SIFU (1) i (2) współpracują ze sobą, dzięki czemu
jaka jest suma sum kątów
α1 + α2 = π .
(1)
Tak więc dla grupy tyrystorowej działającej w
tryb prostowniczy, impulsy wyzwalające są podawane pod kątem α1 =
0…π/2. W tym samym czasie SIFU2 generuje impulsy
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

kąt sterowania α2 = π - α1, czyli kąt sterowania,
istotnych
falownik
reżim
Praca
konwerter UZ2. Jednak ponieważ klucz elektroniczny
QS2 jest otwarty, impulsy sterujące do tyrystorów grupy
UZ2 nie są odbierane.
Konwerter UZ2 jest zamknięty, ale
przygotowany do pracy w trybie falownika.
Taki
zasada
Zgoda
kierownictwo
zestawy zaworów, określone przez (1), pozwalają
dopasować charakterystykę mechaniczną napędu do
tryby silnika i hamowania, jak pokazano na
postać.
Na
potrzebować
hamowanie
prowadzić
sygnał odniesienia prędkości ωset maleje. Błąd przez
znak zmiany prędkości (ωass - ω)<0, и на входе ЛПУ знак
zmiana sygnału z (+) na (-), zgodnie z którą
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

Kontakt QS1 wyłącza się, a kontakt QS2 włącza. ale
załączenie styku QS2 nie następuje od razu, ale przy niektórych
czas opóźnienia wymagany dla prądu twornika do
spadła do zera, a tyrystory UZ1 przywróciły blokowanie
nieruchomości. Spadek prądu do zera jest kontrolowany przez czujnik prądu DT i
narząd zerowy ALE (w innych schematach do tego celu
czujniki przewodności zaworu).
Gdy prąd spadnie do zera, po pewnym opóźnieniu
czas, klucz QS2 jest włączony i konwerter zaczyna działać
UZ2 już przygotowany do pracy w trybie falownika. Jednostka napędowa
przechodzi w tryb hamowania odzyskowego, całkowity czas
przełączanie grup tyrystorowych wynosi 5 - 10 ms, czyli
akceptowalne w celu zapewnienia wysokiej jakości kontroli ES.
Podczas pracy w trybie silnikowym w kierunku „wstecz” znak
prędkość odniesienia jest ujemna, a wartość bezwzględna
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

błędy prędkości |ωset - ω | pozytywne, więc
wejście LPU odbiera sygnał ujemny i włącza się
klucz
QS2.
Pracujący
przetwornik
US2
w
tryb prostowania. Logiczne zasady pracy
LPU zilustrowano w tabeli 2.
Wykorzystywane są również inne schematy placówek ochrony zdrowia.
Charakterystyka mechaniczna rewersu TP-D
z oddzielnym sterowaniem pokazano na rysunku.
Z ciągłym prądem
są opisane równaniem (1).
kotwice
silnik
one
W trybie prądów nieciągłych w obszarze małych
wartości momentu obrotowego, liniowość charakterystyki jest naruszona.
W nowoczesnych systemach zamkniętych prądowo-prędkościowych
regulacja, dzięki zastosowaniu adaptacyjnej
sterowników, istnieje możliwość linearyzacji mechanicznej
charakterystyka EP iN.I.
priUsenkov.
mały elektryczny
wartości momentu.
jazda po niebie

Tabela 2 - Logika pracy placówki medycznej
Podpisać
Podpisać
Podpisać
Włączony
Pracujący
Tryb
tyłek
|ωass- ω|
przy wejściu
klucz
Praca
Zakład Opieki Zdrowotnej
QS
konwertować
ech
+
+
+
QS1
UZ1
+
-
QS2
US2
-
+
-
QS2
US2
-
-
+
QS1
UZ1
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie
napęd elektryczny
ale
Silnik
ten
Hamulec
Silnik
ten
Hamulec

Charakterystyka zewnętrzna prostownika
Uda
Ud0
Ud1
0
ID
ja d1
ja k.z
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

7. Napęd elektryczny i automatyka instalacji przemysłowych i zespołów technologicznych

Realizacja techniczna
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

Zadanie 1. Wyznacz wartości momentów zredukowanych J i Ms w
podnoszenie ładunku (rysunek 1), jeśli wiadomo: Jd = 3,2 kg m2; Jr.o.=3,6 kg m2;
przełożenie skrzyni biegów p=0,96; Sprawność organu wykonawczego
(bęben) B=0,94; prędkość kątowa silnika ω=112 rad/s; prędkość
udźwig v=0,2 m/s; masa ładunku m=1000 kg.
Wyjaśnienie.
Zredukowany moment statyczny:
Mc
F p . o. P . o.
p B D
m g p.o.
p B D
1000 9,81 0,2
19.41 godz
0,96 0,94 112
Zredukowany moment bezwładności J:
J
J D J po
ja p2
m(
2 3,2 3,6
0,2 2
1000
) 3,3 kg m2.
2
D
112
6,14
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

Jd, np, ip, p
M, d, Jd
D
PU
Mpo, po, jpo
RO (b) i schemat 3. Zapoznaj się z
MatLab7/Simulink3.
Biblioteka
poważny
Bloki
w
program
4. Opracuj model blokowy stanowiska laboratoryjnego do przeprowadzenia
badania zgodnie z zadanym tematem i podaj krótki opis
używane urządzenia funkcjonalne i wirtualne pomiary
urządzenia.
5. Poznaj konfigurację wirtualnego laboratorium i wprowadź inicjał
dane w oknach dialogowych programu. Sformułuj plan
eksperyment.
6. Po zakończeniu prac sporządź raport ze struktury:
Tytuł pracy i cel pracy;
Opis stanowiska laboratoryjnego;
Analiza oscylogramów zależności eksperymentalnych;
Wnioski.
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

Praca nr N. Badania napędu elektrycznego wg
struktura „Silnik prostownik-przetwornik-synchroniczny”
Model blokowy napędu elektrycznego z silnikiem asynchronicznym
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

Wyniki symulacji
N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

N.I. Usenkow. Elektryczny
jazda po niebie

MINISTERSTWO EDUKACJI I NAUKI

FEDERACJA ROSYJSKA
FEDERALNA AGENCJA EDUKACJI
PAŃSTWOWA INSTYTUCJA EDUKACYJNA

WYŻSZE WYKSZTAŁCENIE ZAWODOWE
OLEJ PAŃSTWOWY UFIMSKY

UNIWERSYTET TECHNICZNY

V.I.BABAKIN

Przebieg wykładów z dyscypliny:

„Zautomatyzowany napęd elektryczny w standardzie

mechanizmy produkcyjne i technologiczne

kompleksy”.
Część 2.

Ufa 2007

1.AED z silnikiem asynchronicznym 4

1.1AEP z IM ze sterowaniem reostatem 4

1.2AEP z AKZD z regulowanym napięciem podawanym do stojana AD 5

2. Aktualny stan AED z silnikami prądu przemiennego 7

2.1Problemy syntezy i kontroli AED 7

3. Zautomatyzowany asynchroniczny napęd elektryczny za pomocą synchronicznego

Przetwornice częstotliwości maszyn elektrycznych 9

4. Zautomatyzowany asynchroniczny napęd elektryczny wykorzystujący asynchroniczny

Przetwornice częstotliwości maszyn elektrycznych 11

5. Zautomatyzowany napęd elektryczny z silnikiem AC ze statycznymi przemiennikami częstotliwości (SFC) 11

5.1 Przetwornica częstotliwości z łączem DC 12

13

7. AEPT z PE posiadający w konstrukcji prostownik sterowany……………………………… .14

8. Kontrola prędkości w AED z FC z UV ………………………………………………… ...17

9. Start w AED z FC z SW………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

10. Hamowanie AED z SW………………………………………………………………………..19

10.1.Hamowanie wsteczne (RT)………………………………………………………..19

10.2.Hamowanie dynamiczne………………………………………………………………………19

10.3.Rewers…………………………………………………………………………………………. ..20

11. Zalety i wady AED z FC z SW……………………………………………… .20

12. Zautomatyzowany napęd elektryczny za pomocą falownika o SZEROKOŚCI……………………….20

13. Regulacja prędkości, hamowanie rozruchowe w AED z WID…………………………… ...21

13.1 Kontrola prędkości w AED z WID……………………………………………………21

13.2 Rozruch w AED z SHIRD………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………

13.3 Hamowanie AED z SHIR……………………………………………………………………… 22

14 Zautomatyzowany napęd elektryczny z wykorzystaniem falownika PWM…………………...22

15 Zasada działania falownika z PWM………………………………………………………………..23

16 Schematy ideowe falownika z PWM………………………………………………………………24

17 FC z PWM na bazie niezamykanych tyrystorów……………………………………………....25

18 Elementowa baza nowoczesnych przemienników częstotliwości………………………………....26

18.1 Filtry mocy………………………………………………………………………………27

18.2 Charakterystyka nowoczesnych potężnych przełączników mocy z dwustronnym radiatorem

19 Podstawowe schematy falowników opartych na tranzystorach IGBT………………………………...29

20 Regulacja prędkości w AED z FC z PWM……………………………………………….29

21 Rozpoczęcie w AED z FC z PWM………………………………………………………………………..29

22 Hamowanie w defibrylatorze AED z falownikiem PWM……………………………………………………………….29

23 Tryby awaryjne w AED z FC z PWM………………………………………………………29

24 Wpływ długości przewodu montażowego na przepięcia na zaciskach silnika……….30

25 Zasady i podstawy sterowania wektorami………………………………………………...34

26 Realizacja sterowania wektorowego…………………………………………………………..36

27 Zautomatyzowany napęd elektryczny AC z bezpośrednią konwersją

Wskaźnik częstotliwości (LFC)…………………………………………………………………………..38

28 Zautomatyzowany napęd prądu przemiennego w obwodach kaskadowych ………….40

29 Zautomatyzowane napędy elektryczne z kaskadami silników elektrycznych……………………………………………………………………………………………… 42

30 Zautomatyzowane napędy elektryczne z kaskadami elektromechanicznymi elektromechanicznymi………………………………………………………………………………………………..43

31 Zautomatyzowane napędy elektryczne z asynchronicznymi stopniami zaworowymi (AVK).44

32 Zautomatyzowane napędy prądu przemiennego z maszynami z podwójnym podajnikiem

Nija…………………………………………………………………………………………………. 0,45

33 Zautomatyzowane napędy prądu przemiennego z maszynami o dwóch mocach w trybie synchronicznym……………………………………………………………………… 46

34 Zautomatyzowane napędy prądu przemiennego z maszynami z podwójnym zasilaniem

Niya w trybie asynchronicznym………………………………………………………………………..48

35 Zautomatyzowane napędy elektryczne prądu przemiennego z silnikiem bezszczotkowym …50

36 Zautomatyzowane serwonapędy AC… …….52
1. AED z silnikiem asynchronicznym
1.1 AED z IM z regulacją reostatyczną.

Te schematy są używane dla IM z wirnikiem fazowym.

Zasada działania: Zmieniając rezystancję czynną obwodu wirnika, wpływamy w ten sposób na poślizg, zmieniając jednocześnie prędkość kątową.

Jednym z najważniejszych wskaźników jakości regulacji jest płynność. W tym przypadku zależy to od ilości stopni dodatkowej rezystancji wprowadzonej do obwodu wirnika, która z kolei jest ograniczana przez standardowe urządzenia sterujące wykorzystujące obwody przekaźnikowo-stycznikowe. Wzrost liczby etapów pociągnie za sobą wzrost liczby przekaźników i styków, co z kolei doprowadzi do zmniejszenia szybkości i niezawodności systemu jako całości. Ponadto takie napędy elektryczne charakteryzują się niską wydajnością energetyczną, niską sprawnością w zakresie głębokiej regulacji, przy znacznym wzroście dodatkowych oporów, sztywność charakterystyki gwałtownie spada, co wpłynie na stabilność napędu elektrycznego.

W celu zwiększenia płynności regulacji zastosowano impulsową regulację parametryczną. Istota tej metody polega na naprzemiennym wprowadzaniu i usuwaniu dodatkowej rezystancji w obwodzie wirnika, przy czym wartość średnia wynosi:

gdzie t 1 - czas trwania stanu zamkniętego klucza;

T 2 - czas trwania stanu otwartego klucza.

rys.2

ω będzie się płynnie zmieniać w przejściu między dwiema charakterystykami brzegowymi ε=1 i ε=0

Zakres regulacji prędkości w EA ze sterowaniem reostatem jest ograniczony do:

1. 
   Duże straty mocy (niska sprawność)
2. 
   Niska stabilność (D=1,5÷1).

^ 1.2 AED z AKZD z regulowanym napięciem podawanym do stojana IM.
Zasada działania takich napędów elektrycznych polega na tym, że gdy napięcie dostarczane do stojana maleje proporcjonalnie do kwadratu napięcia, zmniejsza się moment elektromagnetyczny i prędkość obrotowa ω.
Regulacja odbywa się za pomocą regulatorów napięcia wchodzących w skład obwodu stojana. Istnieją dwa rodzaje regulacji:

• 
  impuls;
• 
  ciągły.

Do niedawna stosowano głównie metody sterowania impulsami.

Najprostszy schemat obwodu sterowania impulsowego:
rys.3
W tym przypadku częstotliwość zamknięć i otwarć jest współmierna do częstotliwości sieci F ≤ 200 Hz. Gdy zmienia się cykl pracy impulsów sterujących, zmienia się efektywna wartość napięcia:
Gdy ε=1, silnik pracuje zgodnie z naturalną charakterystyką mechaniczną, podczas gdy klucze K są stale zamknięte. Wraz ze spadkiem ε prędkość kątowa maleje. W tym przypadku moment krytyczny M CR zmniejsza się, w wyniku czego zmniejsza się przeciążalność (sztywność) części roboczej charakterystyki mechanicznej. Przy małych wartościach współczynnika wypełnienia, tj. przy niskich prędkościach napęd jest niestabilny.

Niedogodności:

• 
  Niska wydajność energetyczna, która jest związana ze wzrostem napięcia i prędkości, a także z przejściowymi procesami elektromagnetycznymi spowodowanymi włączaniem i wyłączaniem uzwojeń stojana silnika.
• 
  Takie napędy elektryczne mogą pracować tylko w trybie ciągłym, ponieważ. nie zapewniaj krótkotrwałego uruchamiania i zatrzymywania silnika.

Nieco lepiej pod tym względem wskaźniki mają napędy elektryczne z regulacją napięcia impulsu i naprzemienną fazą impulsu.

KN włącza się w odstępach czasu wyłączenia klawiszy KV, przy ε=0 impulsach sterujących klawiszami KV. EA będzie działać w trybie hamowania z blokadą. Rodzina charakterystyk mechanicznych w takim EA będzie bardziej sztywna w części roboczej (przeciążalność jest mniejsza).

Różnica między charakterystyką mechaniczną przy pulsacyjnej regulacji napięcia a pulsacyjną zmianą faz (w części roboczej napęd elektryczny pracuje stabilniej). Przy bardzo małych wartościach ε charakterystyki przechodzą w obszar hamowania przez przeciw-okablowanie, co umożliwia szybkie zatrzymanie silnika. Takie napędy elektryczne są przeznaczone do trybów przerywanych, ale te napędy elektryczne mają jeszcze niższą wydajność energetyczną, tk. nałożenie trybów silnika i hamowania powoduje prawie ciągłe elektromagnetyczne stany nieustalone, którym towarzyszą duże straty mocy.

Niedogodności:

Zmniejszenie napięcia zasilania przy stałej mocy na wale silnika doprowadzi do spadku napięcia na zaciskach wirnika, wzrostu prądu wirnika, spadku współczynnika mocy silnika i spadku sprawności.

Wskaźniki jakości:

1. 
   Niska wydajność energetyczna;
2. 
   Niska stabilność regulacji:
3. 
   Zakres regulacji D=1,5÷1;
4. 
   Gładkość jest wysoka;
5. 
   Kierunek pojedynczy link „w dół”;

Wskazane jest uregulowanie M=stały dlatego to częściowo pozwala pozbyć się pierwszej wady.

Obecnie szeroko stosowane są EP z ciągłą regulacją napięcia:

• 
  RN-AD;
• 
  TRN-AD.

Takie napędy elektryczne mają znacznie lepszą wydajność energetyczną niż ED z IRN, ale wszystkie inne osiągi są takie same.
Ostatnio takie napędy elektryczne otrzymały nieuzasadnioną szeroką reklamę. Proponuje się ich wykorzystanie do mechanizmów działających w powtarzalnym trybie krótkotrwałym. Regulacja ω w układzie TRN-IM realizowana jest poprzez zmianę napięcia na zacisku stojana poprzez zmianę kąta zapłonu tyrystorów. Rys.5

^ Zalety EP według systemu TRN-AD: Pod względem kosztów początkowych jest o 30-40% tańszy niż EP z przetwornicą częstotliwości; koszty utrzymania są zmniejszone o 20-50%.

^ Wady EP według systemu TRN-AD: Dolny zakres regulacji D=2÷1.

Wadę tę można w pewnym stopniu wyeliminować stosując AED z regulowaną siłą elektromotoryczną w uzwojeniu stojana, tj. nie regulacja napięcia, ale EMF.

^ 2. Aktualny stan AED z silnikami prądu przemiennego.

2.1 Problemy syntezy i kontroli AED.
Obiekt kontrolny -

1. 
   ED (przetwornik elektromechaniczny);
2. 
   SP (przetwornica mocy);
3. 
   IP (przetwornik pomiarowy).

1) ED(przetwornica elektromechaniczna).

Najszersza klasa silników elektrycznych stosowanych w nowoczesnym napędzie elektrycznym AKZD do celów ogólnoprzemysłowych. Silniki te są przeznaczone do stosowania w napędach o zmiennej prędkości, do bezpośredniego podłączenia do sieci przemysłowej. Zasadniczo zmiany w tym obszarze mają charakter pewnych ulepszeń konstrukcyjnych silnika elektrycznego. Opracowywane i masowo produkowane są specjalne modyfikacje AKZD, przeznaczone do zastosowania w napędzie elektrycznym sterowanym częstotliwością (firma Siemens AKZD jest opracowywana i masowo produkowana od pięciu lat do użytku przy niskich i wysokich częstotliwościach zasilania 500-1000 Hz ). Ponadto obserwuje się wzrost produkcji diod LED z wzbudzeniem z magnesów trwałych (bezdotykowych). Te silniki elektryczne mają ulepszone wskaźniki masy, wielkości i ceny i nie są gorsze pod względem wskaźników technicznych i energetycznych. Wśród obiecujących EM jest silnik indukcyjny, który według twórców ma znacznie lepsze parametry techniczne i energetyczne oraz wymaga bardzo prostego przetwornika mocy (koszt napędu elektrycznego jest znacznie niższy). Synchroniczny reluktancyjny silnik elektryczny ma wskaźniki masy i wielkości mieszczące się w przedziale między IM a SM, a jednocześnie znacznie wyższą sprawność energetyczną przy znacznie niższych kosztach.
2) SP(przetwornica elektryczna);

W dziedzinie SP w napędzie elektrycznym z silnikami prądu stałego obecnie stosuje się głównie przekształtniki o budowie prostownika - AVI. Co więcej, jeśli przed 2000 r. wymagania dotyczące jakości prostowania nie były uregulowane, to obecnie pojawiło się wiele dokumentów regulacyjnych, które ściśle regulują obecność urządzeń prostownikowych w strukturze wspólnego przedsiębiorstwa. Są to standardy IEEE-519, IEC555 - standardy integracji; GOST 13109. Aby poprawić wskaźniki jakości nowoczesnych wspólnych przedsięwzięć, w szczególności w celu poprawy jakości zużycia energii, a mianowicie w celu zwiększenia współczynnika mocy, obecnie stosuje się prostowniki na w pełni sterowanych przełącznikach mocy ze stabilizacją napięcia wyjściowego. Obwody z dodatkową indukcyjnością, obwody z przełączającym kluczem wejściowym są realizowane przy użyciu inteligentnej technologii. Jednak SP z niesterowanymi prostownikami wydają się być wydajniejsze i tańsze. JV wykorzystuje obecnie nowoczesną bazę, która wykorzystuje nowoczesne urządzenia elektroniczne, takie jak tyrystory MGT czy IGST, a także w pełni sterowane tranzystory IGBT. Ponadto obecnie opracowywane są tranzystory o rozdzielczości napięciowej 6-10 kV.

Obecnie najbardziej obiecującym trybem pracy SP jest tryb PWM o wysokiej częstotliwości z częstotliwością modulacji 20 kHz i sterowaniem wektorowym (wpływ poprzez składową tworzącą moment i strumień prądu stojana). Ten tryb jest najkorzystniejszy dla silników o częstotliwości znamionowej 500-1000 Hz. w tym przypadku problem dopasowania częstotliwości modulacji do częstotliwości napięcia zasilającego silnik jest znacznie łatwiej rozwiązywany. Obecnie obiecującym typem joint venture jest również NFC, który ma strukturę macierzową z macierzowym systemem sterowania. Zaletą takich konwerterów jest brak elementów reaktywnych tj. pojemności i indukcyjności w obwodzie mocy, prawie sinusoidalny kształt napięcia i prądu wyjściowego oraz możliwość pracy w trybie wyprzedzającego cosφ.
3) IP(przetwornik pomiarowy).

Tradycyjnie znane środki są obecnie używane jako mierniki podstawowe, które obejmują dostępne na rynku czujniki prądu i napięcia, czujniki Halla, tachogeneratory, fotopulsowe i kodowe czujniki przemieszczenia i położenia, rewolwery elektromagnetyczne, selsyn itp. Wielkość wykorzystania tak nowoczesnych czujników jak pojemnościowy, laserowy jest praktycznie równa zeru. Najbardziej obiecującym typem IP są mierniki pośrednie, w których na podstawie łatwo mierzonych parametrów, takich jak czynna i indukcyjna rezystancja silnika, prędkość i położenie wirnika, itp. Przy stosowaniu takich układów pomiarowych nie ma potrzeby stosowania dużej liczby czujników, a w szczególności czujnika prędkości obrotowej. Takie systemy pomiarowe nazywane są bezczujnikowymi.
^ Zadania sterowania napędem elektrycznym:

Najczęstszym rodzajem problemów ze sterowaniem jest problem bezpośredniego sterowania prędkością obrotową EA. Ponadto istnieją specjalnie sterowane napędy, które wykonują zadania regulacji momentu elektromagnetycznego, mocy, przyspieszenia, regulacji położenia wirnika oraz regulacji dowolnego parametru technologicznego. Ponadto istnieją zadania stabilizacji, śledzenia, pozycjonowania, zapewnienia niezmienności (ma zapewnić niezależność lub słabą zależność od niekontrolowanych zakłóceń), zapewnienia autonomii (zapewnienia niezależności dowolnego parametru obiektu od innych parametrów).

Synteza sterowania ED sprowadza się do znalezienia wystarczająco uwarunkowanego modelu ED, który obecnie w większości przypadków jest układem równań Kirchhoffa zgodnie z drugą zasadą Ele obwodów elektromagnetycznych ED i SP. Zwykle równania te są napisane dla równoważnej maszyny dwufazowej, jak również układ równań Newtona dla obwodów mechanicznych EP.

Główny problem przy tworzeniu modelu EP:

• 
  Uwzględnianie nasycenia obwodu magnetycznego silnika;
• 
  Rachunkowość elastycznych wiązań mechanicznych;
• 
  Rachunkowość relacji nieliniowych.

^ 3. Zautomatyzowany asynchroniczny napęd elektryczny z wykorzystaniem synchronicznych przemienników częstotliwości maszyn elektrycznych.
AED z FC maszyn elektrycznych mają ważną zaletę: kompatybilność z systemem zasilania, tj. nie zanieczyszczaj sieci.

Istnieją dwa rodzaje falowników elektrycznych:

1. 
   Elektromaszyna synchroniczna IF (EMSPCh);
2. 
   Elektromaszyna asynchroniczna FC (EMASCH).

AED z elektromaszyną SFC.

Głównym elementem takiego układu jest trójfazowy generator synchroniczny dopasowany mocą do napędu AD. W tym przypadku napięcie wyjściowe i częstotliwość są określone przez prędkość kątową wału generatora i wielkość wzbudzającego strumienia magnetycznego. Gdy zmienia się prędkość, zmienia się napięcie wyjściowe. Jeśli weźmiemy napięcie na zaciskach fazy uzwojenia stojana, jest oczywiste, że kiedy F=stały wraz ze wzrostem prędkości obrotowej wału, jednocześnie ze wzrostem częstotliwości, wzrośnie również efektywna wartość napięcia wyjściowego. W takim przypadku można wdrożyć tylko prawo proporcjonalnej kontroli.

rys.6

Komputer zawiera:

• 
  Głównym ogniwem jest trójfazowy generator synchroniczny (G2);
• 
  DPT NV (D2) wyjście systemu G-D jest połączone wałem z SG;
• 
  Silnik napędu pomocniczego AKZ (D1) o nieregulowanej prędkości.

Współczynnik proporcjonalności C generatora wyjściowego (G2) można zmienić, zmieniając I B3 za pomocą rezystora R 3 . Prędkość obrotowa wału generatora G 2 jest regulowana przez I V1 generatora (G1) za pomocą reostatu R 1, a I V2 silnika (D2) za pomocą reostatu R 2. W tym układzie regulacja prędkości jest możliwa w obu kierunkach od nominalnej. Jednak górny zakres regulacji prędkości jest rzadko używany, ponieważ silnik pracuje przy napięciu wyższym niż napięcie znamionowe. Przy całkowicie wycofanych reostatach R 1 i R 2 napięcie i prędkość obrotowa są równe wartości nominalnej.
Wskaźniki jakości:

• 
  
• 
  Niska wydajność, wysoki cosφ;
• 
  Nastawa P min = 400%

Zalety AED z ESCH:

• 
  
• 
  Łatwość zarządzania.

• 
  Wady AED z ESCH:
• 
  Słaba efektywność;
• 
  
• 
  
• 
  Możliwość regulowania tylko zgodnie z prawem proporcjonalnym.

^ 4. Zautomatyzowany asynchroniczny napęd elektryczny z wykorzystaniem asynchronicznych przemienników częstotliwości maszyn elektrycznych.
Głównym elementem takiego układu jest trójfazowy generator asynchroniczny dopasowany mocą do napędu AD.

rys.7

Wskaźniki jakości:

• 
  Regulacja dwustrefowa, płynna, stabilna;
• 
  Niska wydajność, wysoki cosφ;
• 
  P usta min = 200-400%

Zalety AED z ESCH:

• 
  Brak negatywnego wpływu na sieć;
• 
  Łatwość zarządzania.

Wady AED z ESCH:

• 
  Słaba efektywność;
• 
  Obecność dużej liczby obracających się części;
• 
  Niezadowalające wskaźniki wagi i wielkości;
• 
  Możliwość regulowania dowolnego prawa.
• 
  Potrzeba autotransformatorów.

^ 5. Zautomatyzowany napęd elektryczny z silnikiem prądu przemiennego ze statycznymi przemiennikami częstotliwości (SFC).
Obecnie SFC jest najszerzej stosowanym i obiecującym typem FC jako część zautomatyzowanego napędu elektrycznego z silnikiem prądu przemiennego.

HRC jest klasyfikowany według następujących kryteriów:

1. 
   Zgodnie ze strukturą konwersji energii.

• 
  FH z bezpośrednią konwersją.
• 
  SFC z łączem DC.

1. 
   Według rodzaju falowników dzielą się na:

• 
  FC z falownikami zasilanymi z sieci.

Przełączniki mocy takich falowników są blokowane, gdy do anody przyłożona jest ujemna półfali napięcia zasilania.

• 
  FC z autonomicznym falownikiem

Przełączniki mocy takich falowników są blokowane albo po rozładowaniu kondensatorów przełączających, albo za pomocą impulsów sterujących.

• 
  JEŚLI z AIN
• 
  FC z AIT
• 
  Inwerter AI z przełączaniem naprzemiennym (inwerter napięcia częściowego)
• 
  Falownik AI z indywidualnym przełączaniem (falownik sterowany napięciem)

^ 5.1 Przetwornica częstotliwości z łączem DC
Obecnie ten typ przemienników częstotliwości jest najczęściej stosowanym typem iw odróżnieniu od NP+Ch dostarczany jest jako samodzielny element napędu elektrycznego.

rys.8

Gdzie U 1 jest trójfazowym napięciem przemiennym o stałej amplitudzie.

P 1 - sterowany lub niesterowany prostownik, który jest przeznaczony do przekształcania wejściowego napięcia sinusoidalnego na stałe (pulsujące) napięcie wyjściowe.

F - filtr prądowy lub napięciowy ma na celu wygładzenie tętnień z wyjścia prostownika.

P 2 to autonomiczny falownik prądu lub napięcia, przeznaczony do przekształcania wygładzonego prądu stałego lub napięcia na trójfazowy przemienny.

M - trójfazowy silnik prądu przemiennego z wirnikiem klatkowym.
W proponowanym schemacie blokowym blok P1 może pracować zarówno w trybie kontrolowanym, jak i niezarządzanym. W tym przypadku AI w pierwszym przypadku realizuje funkcje zmiany tylko częstotliwości wyjściowej przetwornicy, a funkcje wpływania na amplitudę napięcia wyjściowego wykonuje prostownik. W drugim przypadku AI realizuje funkcje zmiany częstotliwości wyjściowej i wartości skutecznej napięcia wyjściowego.

Opcja HC ma niezaprzeczalną zaletę polegającą na znacznym uproszczeniu systemu sterowania, pomimo obecności jednostki sterującej. W tym przypadku cały system jest znacznie tańszy.

W przypadku wersji NN znacznie poprawiono kompatybilność całego systemu z siecią elektryczną. Jednak w tym przypadku schemat sterowania staje się znacznie bardziej skomplikowany, a zatem cały system staje się znacznie droższy.
^ 6. Falowniki autonomiczne (AI).
W zależności od stopnia sterowności AI dzieli się na:

• 
  AI z przełączaniem naprzemiennym.
• 
  AI z indywidualnym przełączaniem.

Różnica obwodów między tymi dwoma falownikami polega na tym, że w AI z przełączaniem szeregowym działają wszystkie przełączniki zasilania. W AI z indywidualnym przełączaniem każdy działający wyłącznik zasilania ma co najmniej jeden pomocniczy wyłącznik zasilania. Druga opcja jest zwykle bardziej funkcjonalna, ale jednocześnie znacznie droższa i mniej niezawodna. Obecnie prawie wszystkie AI są klasyfikowane jako AI przełączane szeregowo.

Rozważmy zasadę działania przełączanego naprzemiennie MT na przykładzie jednofazowego MT, w którym przełączniki mocy są zablokowane za pomocą kondensatora przełączającego.

T 1, T2 - pracujące tyrystory

Niech w czasie t = 0 T2 będzie otwarte, T1 zamknięte; napięcie wejściowe jest przykładane do Rn2, po okresie czasu równym okresowi przełączania T2, impuls odblokowujący jest podawany do T1. W tym przypadku napięcie wejściowe jest przykładane do Rn1, a przez otwarty obwód T1, Rn1, Rn2, napięcie wsteczne z Sk jest przykładane do T2, w wyniku czego T2 jest blokowany itp. Okres przełączania to czas otwarcia klucza.

W zależności od kształtu napięcia i prądu wyjściowego Ai dzieli się na: W AIT kształt napięcia wyjściowego zależy zarówno od kolejności i czasu trwania przełączania wyłączników mocy, jak i od rodzaju obciążenia i kształtu wyjścia prąd zależy tylko od kolejności i czasu przełączania wyłączników mocy.

W przypadku AIP kształt prądu wyjściowego zależy zarówno od kolejności i czasu przełączania wyłączników mocy, jak i od charakteru obciążenia, a kształt napięcia wyjściowego zależy tylko od kolejności i czasu przełączania wyłączników mocy.

Zewnętrzna różnica między AIT i AIP: AIT ma filtr wejściowy L i filtr wejściowy L lub LC. Ponadto, jeśli w obwodzie falownika nie są w pełni sterowane przełączniki mocy, wówczas jest jeden kondensator dla każdej fazy AIT, a AIP ma jeden kondensator przełączający dla każdego przełącznika mocy.

Rozważ działanie jednofazowej AIT.

T1, T3 - wyłączniki zasilania grupy anod

T2, T4 - wyłączniki mocy grupy katod

C K - kondensator przełączający

L to filtr wejściowy.
W pierwszej chwili w stanie rozwartym znajdują się dwa poprzeczne wyłączniki zasilania – pierwszy z grupy anodowej, drugi z grupy katodowej. W momencie odblokowania pozostałych dwóch kluczy zasilania, dwa pierwsze są zablokowane i tak dalej. W tym przypadku, jeśli klucze T3 i T2 są otwarte, kondensator jest ładowany w kierunku do przodu, a klucze T1 i T4 są otwarte, kondensator jest ładowany w przeciwnym kierunku.

rys.11

W czasie t = 0 impuls odblokowujący jest podawany na T1 i T4. kondensator Ck w tym momencie jest wstępnie naładowany, a gdy T1 i T4 są otwarte, jest rozładowywany do T3 i T2 w kierunku ujemnej polaryzacji, zamykając w ten sposób T3 i T2. w następnym okresie równym okresom przełączania T1 i T4 prąd przez rezystancję obciążenia popłynie w kierunku dodatnim. Po pewnym czasie kondensator jest ładowany w przeciwnym kierunku. W tym momencie impuls odblokowujący jest podawany na T3 i T2, kondensator jest rozładowywany w kierunku ujemnej biegunowości, blokuje T1 i T4, prąd przepływa przez T4, Zn, a otwarty T2 i będzie miał kierunek ujemny.

^ 7. AEPT ze stanem wyjątkowym posiadający w swojej strukturze sterowany prostownik.
Obecnie istnieje tendencja do rozszerzania zakresu stosowania prostowników sterowanych w konstrukcji FC, w szczególności w tych napędach elektrycznych, które ze względu na uwarunkowania technologiczne wymagają częstego hamowania (tj. dla napędu elektrycznego pracującego w układzie przerywanym S5). tryb). Wynika to z faktu, że SW ma tak ważną właściwość, jak przewodność dwustronna. Dzięki temu możliwe jest zastosowanie tak energooszczędnego rodzaju hamowania jak rekuperacyjne. Ale negatywnych właściwości węglowodorów nie da się całkowicie wyeliminować. Obecnie stosowane są przekształtniki, które zawierają dwa bloki wejściowe: pierwszy to niesterowany prostownik zaangażowany w pracę napędu w trybie silnikowym; drugi to SW zaangażowany w działanie falownika w trybie hamowania.

Rozważ schemat i zasadę działania falownika z tyrystorem SW i tyrystorem AIT, w którym przełączanie przełączników mocy odbywa się za pomocą kondensatorów przełączających.

-rys.12

Jednostka wejściowa konwertera to SW zbudowany zgodnie z sześciosuwowym mostkiem trójfazowym obwodem prostowniczym. Główną funkcją SW, oprócz prostowania, jest regulacja wartości skutecznej napięcia wyjściowego przekształtnika. Aby wygładzić tętnienia prądu wyjściowego prostownika, stosuje się filtr szeregowy L.

AIT składa się z sześciu przełączników zasilania, z których trzy T1, T3, T5 mają wspólną anodę i tworzą grupę anod; pozostałe trzy T2, T4, T6 mają wspólną katodę i tworzą grupę katodową. Zasada działania AIT polega na tym, że w pierwszej chwili w stanie otwartym znajdują się dwa poprzeczne wyłączniki zasilania: jeden z grupy anodowej, drugi z grupy katodowej. Odblokowanie klawiszy zasilania odbywa się w momencie podania impulsów sterujących z BUI (wielokanałowy system sterowania). W tym przypadku kolejność przyłożenia impulsów do każdego zaworu odpowiada ich numerowi seryjnemu. Blokowanie wyłączników mocy jest wykonywane, gdy którykolwiek z trzech kondensatorów jest rozładowywany w kierunku ujemnej biegunowości, a także odpowiada kolejności naprzemiennej liczby wyłączników mocy.

Przy częstotliwości wyjściowej F 2 = 50Hz przetwornik pracuje w następującym trybie: przerwa pomiędzy dwoma sąsiednimi impulsami sterującymi wynosi
, czas otwarcia każdego klucza wyniesie 120 0 . W tym przypadku kondensatory blokujące C1, C2, C3 muszą mieć taką pojemność, aby w czasie równym 60 0 utrzymać ładunek niezbędny do zablokowania kolejnego klucza.
Zademonstrujemy działanie konwertera na schemacie:

1. 
   Prąd z wyjścia prostownika ma idealnie wyprostowany kształt.
2. 
   Kierunek prądów w fazach kabla montażowego falownik-silnik
   • 
     od P do D - pozytywne.
   • 
     od D do P - ujemny.

rys.13

1. t = 0 Otwarty T1, T6. Prąd w obwodzie przepływa przez wyłącznik zasilania T1 faza A kabla i powraca do fazy C przez otwarty T6. W tym samym czasie C3 jest wstępnie ładowany, w przedziale czasu 0-60 0 C1 jest ponownie ładowany, a C3 utrzymuje swój ładunek.

2. t = 60 0 Do T2 podawany jest impuls odblokowujący. W tym samym czasie C3 jest rozładowywany do T6 i blokuje go. W przedziale czasu 60 0 - 120 0 T1 i T2 są otwarte. Prąd płynie przez fazę A do silnika i przez fazę B z silnika do przekształtnika. . W tym czasie C2 jest ładowany, C1 zachowuje swój ładunek.

3. t = 120 0 Do T3 podawany jest impuls odblokowujący. W takim przypadku C1 jest rozładowywany do T1 i blokuje go. W przedziale czasu 120 0 - 180 0 T2 i T3 są otwarte. Prąd płynie przez fazę B do silnika, a przez fazę C z silnika do przekształtnika. . W tym czasie C3 jest ładowany, C2 zachowuje swój ładunek.

4. t = 180 0 Do T4 podawany jest impuls odblokowujący. W takim przypadku C2 jest rozładowywany do T2 i blokuje go. W przedziale czasu 180 0 - 240 0 T3 i T4 są otwarte. Prąd płynie przez fazę B do silnika i przez fazę A z silnika do przekształtnika. . W tym czasie C1 jest ładowany, C3 zachowuje swój ładunek.

5. t = 240 0 Do T5 podawany jest impuls odblokowujący. W tym samym czasie C3 jest rozładowywany do T3 i blokuje go. W przedziale czasu 240 0 - 300 T4 i T5 są otwarte. Prąd płynie przez fazę C do silnika i przez fazę A z silnika do przekształtnika. . W tym czasie C2 doładowuje C1 pilnuje swojego ładunku.

6. t = 300 0 Do T6 podawany jest impuls odblokowujący. W takim przypadku C1 jest rozładowywany do T4 i blokuje go. W przedziale czasowym 300 0 - 360 T5 i T6 są otwarte. Prąd płynie przez fazę C do silnika, a przez fazę B z silnika do falownika. . W tym czasie C3 ładuje się, C2 strzeże swojego ładunku.

Aby zwiększyć częstotliwość wyjściową, konieczne jest skrócenie odstępu między impulsami sterującymi, w tym celu zwiększamy kąt sterowania β. W związku z tym przy prawie sterowania efektywna wartość napięcia wyjściowego będzie się zmieniać, w szczególności przy proporcjonalnym prawie sterowania wraz ze wzrostem częstotliwości kąt sterowania prostownika α będzie malał proporcjonalnie do wzrostu kąta β.

Istotną wadą rozpatrywanego układu jest konieczność zastosowania kondensatorów o dużej pojemności, niezbędnych do utrzymania ładunków w przerwie między dwoma przełączeniami. Częściowe pozbycie się tego mankamentu pozwala na zastosowanie sztucznej inteligencji z diodami tnącymi.

rys.14

Tutaj diody odcinające D1, D3, D5 i D2, D4, D6 są połączone szeregowo w obwodach katodowych i anodowych wyłączników mocy. Ich liczba jest równa liczbie kluczy. Diody te zapobiegają rozładowywaniu się kondensatorów w czasie przełączania kluczyka i dzięki temu znacznie poprawiają odczyty falownika.

^ 8. Kontrola prędkości w AED z FC z SW.
W AED z przetwornicą częstotliwości i posiadającym w konstrukcji sterowany prostownik, regulacja prędkości ω odbywa się w szerokim zakresie, przy zapewnieniu odpowiednio wysokiej jakości wskaźników. Regulacja ω odbywa się poprzez działanie na AI za pomocą BIM, jednocześnie działając na SW za pomocą BWM zgodnie z przepisami prawa. W takim przypadku możliwa jest regulacja dwustrefowa. Jednak dla mechanizmów z m C = stały, a dla mechanizmów z liniowo rosnącym m OD regulacja w górę ogranicza się do tego, co jest do tego niezbędne, przy jednoczesnym zwiększeniu częstotliwości w stosunku do F NIE M, zwiększyć napięcie. W rezultacie może dojść do uszkodzenia izolacji. Regulacja w górę ω jest stosowana znacznie rzadziej niż w zakresie w dół iw małych alejkach.

W ogólnym przypadku rodzina charakterystyk sterowania będzie wyglądać następująco:

rys.15
Wskaźniki jakości regulacyjnej:

1. 
   Stabilność z regulacją częstotliwości jest wysoka. cechy w części roboczej mają taką samą sztywność.
2. 
   Gładkość jest praktycznie nieograniczona.
3. 
   Wysoka sprawność jednak przy głębokiej regulacji w dół od częstotliwości podstawowej, co wymaga znacznego zmniejszenia kąta sterowania α prostownika i w tym przypadku współczynnik mocy napędu jako całości może być bardzo niski.
4. 
   Regulacja odbywa się głównie za pomocą m C = stały na wale silnika.
5. 
   Kierunek jest dwustrefowy, stosowana jest głównie regulacja w dół.
6. 
   Zakres regulacji D=100÷1.

^ 9. Rozpoczęcie w AED z FC z UV.
Rozruch rozpoczyna się przy obniżonym napięciu i minimalnej częstotliwości, co w związku z tym zapewnia brak prądu rozruchowego lub minimalizację prądu, a jednocześnie wysokie momenty rozruchowe. W tym przypadku falownik pracuje z długimi okresami przełączania wyłączników mocy, a SW z kątem sterowania α = P/2. Sprawność energetyczna rozruchu w takim układzie jest obniżona ze względu na fakt, że na początku rozruchu napęd zużywa dużą ilość składowej biernej.

rys.16

Wykłady z dyscypliny „Automatyczny napęd elektryczny” Literatura 1. Chilikin M.G., Sandler A.S. Kurs General Electric Drive (EP).-6th ed. -M.: Energoizdat, - 576 s. 2. Moskalenko W.W. Napęd elektryczny - M.: Mastery; Szkoła Wyższa, -368 s. 3. Moskalenko W.W. Napęd elektryczny: Podręcznik elektrotechniki. specjalista. -M.: Wyższe. szkoła, - 430 pkt. 4. Podręcznik zautomatyzowanego napędu elektrycznego / Wyd. V.A. Eliseeva, A.V. Shiyansky.-M.: Energoatomizdat, 1983. – 616 pkt. 5. Moskalenko W.W. Zautomatyzowany napęd elektryczny: Podręcznik dla uczelni wyższych.- M.: Energoatomizdat, s. 6. Klyuchev V.I. Teoria napędu elektrycznego. - M.: Energoatomizdat, s. 7. GOST R-92. Napędy elektryczne. Warunki i definicje. Gosstandart Rosji. 8. Podręcznik inżyniera elektryka z.-x. produkcja / Tutorial.-M.: Informagrotech, s. 9. Wytyczne realizacji prac laboratoryjnych z podstaw napędu elektrycznego dla studentów wydziału elektryfikacji rolnictwa. / Stawropol, SSAU, "AGRUS", - 45 s. 10. Savchenko P.I. Warsztaty z napędu elektrycznego w rolnictwie. – M.: Kolos, s. Polecane strony w Internecie: Wykłady z dyscypliny „Automatyczny napęd elektryczny” Literatura 1. Chilikin M.G., Sandler A.S. Kurs General Electric Drive (EP).-6th ed. -M.: Energoizdat, - 576 s. 2. Moskalenko W.W. Napęd elektryczny - M.: Mastery; Szkoła Wyższa, -368 s. 3. Moskalenko W.W. Napęd elektryczny: Podręcznik elektrotechniki. specjalista. -M.: Wyższe. szkoła, - 430 pkt. 4. Podręcznik zautomatyzowanego napędu elektrycznego / Wyd. V.A. Eliseeva, A.V. Shiyansky.-M.: Energoatomizdat, 1983. – 616 pkt. 5. Moskalenko W.W. Zautomatyzowany napęd elektryczny: Podręcznik dla uczelni wyższych.- M.: Energoatomizdat, s. 6. Klyuchev V.I. Teoria napędu elektrycznego. - M.: Energoatomizdat, s. 7. GOST R-92. Napędy elektryczne. Warunki i definicje. Gosstandart Rosji. 8. Podręcznik inżyniera elektryka z.-x. produkcja / Tutorial.-M.: Informagrotech, s. 9. Wytyczne realizacji prac laboratoryjnych z podstaw napędu elektrycznego dla studentów wydziału elektryfikacji rolnictwa. / Stawropol, SSAU, "AGRUS", - 45 s. 10. Savchenko P.I. Warsztaty z napędu elektrycznego w rolnictwie. – M.: Kolos, s. Polecane strony w Internecie:

Źródło energii elektrycznej (IEE) Urządzenie sterujące (CU) Urządzenie przekształtnikowe (PRB) Urządzenie z silnikiem elektrycznym (EM) M Urządzenie transmisyjne (TRD) Odbiorca energii mechanicznej (PME) U,I,f d F d, V d M m ( F m), ω m (V m) zadania Rysunek 3 - Schemat strukturalny AED

3 Skuteczność AED Jak w przypadku każdego urządzenia elektromechanicznego, ważnym wskaźnikiem jest skuteczność AED = PRB · ED · PRD przy obciążeniu znamionowym wynosi 60-95%.

4 Zalety AED 1) niski poziom hałasu podczas pracy; 2) brak zanieczyszczenia środowiska; 3) szeroki zakres mocy i prędkości kątowych obrotu; 4) dostępność regulacji prędkości kątowej obrotu i odpowiednio wydajność jednostki procesowej; 5) względną łatwość automatyzacji, montażu, eksploatacji w porównaniu z silnikami cieplnymi, np. spalinowymi.

MINISTERSTWO EDUKACJI I NAUKI UKRAINY

Charkowska Narodowa Akademia Gospodarki Komunalnej

UWAGI DO WYKŁADU

przez dyscyplinę

„Zautomatyzowany napęd elektryczny”

(dla studentów IV roku studiów stacjonarnych i niestacjonarnych w specjalności 6.090603 - "Elektryczne systemy zasilania")

Charków - HNAGH - 2007

Streszczenie wykładów z dyscypliny "Automatyczny napęd elektryczny" (dla studentów IV roku wszystkich form kształcenia specjalności 6.090603 - "Elektryczne systemy zasilania"). Uwierz. Garyazh V.N., Fateev V.N. - Charków: KhNAGH, 2007. - 104 strony.

ZAWARTOŚĆ

Ogólna charakterystyka notatek z wykładu
Treść modułu 1. Zautomatyzowany napęd elektryczny – podstawa rozwoju sił wytwórczych Ukrainy. . . . . . . . . . . .
Wykład 1
1.1.	Rozwój napędu elektrycznego jako gałęzi nauki i techniki. . . . . .	6
1.2.	Zasady budowy układów sterowania Zautomatyzowany napęd elektryczny. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Wykład 2
1.3.	Klasyfikacja systemów sterowania AEP. . . . . . . . . . . . . . . . . .	13
Zawartość modułu 2. Mechanika napędu elektrycznego . . . . . . . . . .		18
Wykład 3
2.1.	Sprowadzanie momentów i sił oporu, momentów bezwładności. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Wykład 4
2.2.	Równanie ruchu napędu elektrycznego. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	21
Wykład 5
2.3.	Charakterystyka mechaniczna silnika prądu stałego o wzbudzeniu niezależnym. tryb silnika. . . . . . . . . . .
Wykład 6
2.4.	Charakterystyka mechaniczna silnika prądu stałego o wzbudzeniu niezależnym. Elektryczny tryb hamowania. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Wykład 7
2.5.	Charakterystyka mechaniczna silnika prądu stałego wzbudzanego szeregowo. tryb silnika. . . . . .
Wykład 8
2.6.	Charakterystyka mechaniczna silnika prądu stałego wzbudzanego szeregowo. Elektryczny tryb hamowania. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Wykład 9
2.7.	Charakterystyki mechaniczne silników asynchronicznych. tryb silnika. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Wykład 10
2.8.	Charakterystyki mechaniczne silników asynchronicznych. Elektryczny tryb hamowania. . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . .
Wykład 11
2.9.	Charakterystyki mechaniczne i elektryczne silników synchronicznych. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Zawartość modułu 3. Typowe zespoły obwodów automatycznego sterowania silnikiem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Wykład 12
3.1.	Zasady automatycznego sterowania rozruchem i hamowaniem silników. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Wykład 13
3.2.	Typowe węzły obwodów automatyki do uruchamiania DPT.	77
Wykład 14
3.3.	Typowe węzły obwodów automatycznego sterowania hamowaniem DPT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Wykład 15
3.4.	Typowe węzły obwodów automatyki do uruchamiania silników prądu przemiennego. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Wykład 16
3.5.	Typowe węzły obwodów automatycznego sterowania hamowaniem silników prądu przemiennego. . . . . . . . . . . . . . . .
Wykład 17
3.6.	Zespoły ochrony elektrycznej silników i obwodów sterowania. . .	98

OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA WYKŁADU STRESZCZENIE

Zautomatyzowany napęd elektryczny jest głównym konsumentem energii elektrycznej. W krajach uprzemysłowionych ponad 65% wytwarzanej energii elektrycznej jest przekształcane przez napęd elektryczny w energię mechaniczną. Dlatego rozwój i doskonalenie napędu elektrycznego, który jest podstawą relacji energii do masy pracy, przyczynia się do wzrostu produktywności i efektywności produkcji. Znajomość właściwości i możliwości napędu elektrycznego pozwala inżynierowi elektrykowi zapewnić racjonalne użytkowanie napędu elektrycznego z uwzględnieniem wymagań zarówno maszyn technologicznych, jak i układów zasilania. Przedmiot „Automatyczny napęd elektryczny” jest realizowany w VII semestrze IV roku studiów. W programie specjalności „Elektrotechniczne układy poboru mocy” przyznano na to cztery punkty. Są one wypełnione sześcioma znaczącymi modułami, które są studiowane podczas wykładów i zajęć praktycznych, podczas wykonywania pracy laboratoryjnej oraz zadania obliczeniowego i graficznego.

Niniejsze notatki do wykładu dostarczają materiału do przestudiowania pierwszych trzech modułów treści przedmiotu „Automatyczny napęd elektryczny”. W pierwszym module treści zautomatyzowany napęd elektryczny jest uważany za podstawę rozwoju sił wytwórczych Ukrainy. W drugim badane są właściwości mechaniczne silników, pokazujące możliwości silnika podczas pracy, zarówno w trybie silnikowym, jak i w trybie hamowania elektrycznego. W trzecim module badane są typowe elementy obwodów automatycznego sterowania silnikiem. Bazując na właściwościach silników badanych w drugim module, typowe jednostki zapewniają automatyczne uruchamianie, hamowanie i nawracanie silników w funkcji czasu, prędkości i prądu z bezpośrednią lub pośrednią kontrolą tych wielkości. Konstrukcyjnie typowe węzły są połączone w postaci stacji kontrolnych. Udział stacji sterowniczych w ogólnej liczbie napędów elektrycznych wykorzystywanych na Ukrainie przekracza 80%.

Wykład 1

1.1. Rozwój napędu elektrycznego jako gałęzi nauki i techniki

Od najdawniejszych czasów człowiek dążył do zastąpienia ciężkiej pracy fizycznej, która była źródłem energii mechanicznej (ME), pracą mechanizmów i maszyn. W tym celu w transporcie i pracach rolniczych, w młynach i systemach nawadniających wykorzystywał siłę mięśni zwierząt, energię wiatru i wody, a później energię chemiczną paliwa. Tak powstał napęd – urządzenie składające się z trzech znacząco różnych części: silnika (D), mechanicznej przekładni (MPU) i maszyny technologicznej (TM).

Cel silnika: zamiana różnych rodzajów energii na energię mechaniczną. MPU jest przeznaczony do przenoszenia ME z silnika do TM. Nie ma to wpływu na ilość przenoszonego ME (bez uwzględnienia strat), ale może zmieniać jego parametry i w celu skoordynowania rodzajów ruchu wykonywany jest w postaci pasa, łańcucha, koła zębatego lub innej przekładni mechanicznej.

W maszynie technologicznej ME służy do zmiany właściwości, stanu, kształtu lub położenia obrabianego materiału lub produktu.

W nowoczesnych napędach jako źródło ME stosuje się różne silniki elektryczne (EM). Zamieniają energię elektryczną (EE) na energię mechaniczną i dlatego napęd nazywa się napędem elektrycznym (EA). Jego schemat funkcjonalny pokazano na ryc. 1.1. Oprócz wymienionych elementów w jego składzie znajduje się sterowany konwerter (P), za pomocą którego EE jest dostarczany z sieci do ED.

Zmieniając sygnał sterujący konwertera U w, możesz zmienić ilość EE pochodzącego z sieci na ED. W rezultacie zmieni się ilość ME produkowanego przez silnik i odbieranego przez HM. To z kolei doprowadzi do zmiany procesu technologicznego, którego wydajność charakteryzuje się regulowaną wartością t(t).

Priorytet w tworzeniu napędu elektrycznego należy do rosyjskich naukowców

B.S. Jacobiego i E.H. Lenz, który w 1834 r. wynalazł silnik prądu stałego, a w 1838 r. używał go do napędzania łodzi. Jednak niedoskonałość silnika i nieekonomiczne źródło energii elektrycznej (akumulator galwaniczny) nie pozwoliły na praktyczne zastosowanie tego napędu elektrycznego.

W połowie XIX wieku próby zastosowania ED z silnikiem prądu stałego do maszyn drukarskich i tkackich podjęli naukowcy z Francji i Włoch. Jednak system DC nie zapewniał zadowalającego rozwiązania. Do 1890 roku tylko 5% całkowitej mocy silników napędowych stanowiły silniki elektryczne.

Powszechne stosowanie napędu elektrycznego wiąże się z wynalezieniem w latach 1889-1891 przez rosyjskiego inżyniera Dolivo-Dobrovolsky'ego trójfazowego układu prądu przemiennego i trójfazowego silnika asynchronicznego. Prostota układu trójfazowego, możliwość scentralizowanej produkcji energii elektrycznej, wygoda jej dystrybucji doprowadziły do ​​tego, że do 1927 roku już 75% całkowitej mocy silników napędowych stanowiły silniki elektryczne.

Obecnie w wiodących branżach stosunek mocy zainstalowanej napędów elektrycznych do łącznej mocy zainstalowanej napędów z silnikami wszystkich typów (termiczne, hydrauliczne, pneumatyczne) zbliża się do 100%. Decyduje o tym fakt, że silniki elektryczne są produkowane dla różnych mocy (od setnych wata do dziesiątek tysięcy kilowatów) i prędkości obrotowych (od ułamków obrotu wału na minutę do kilkuset tysięcy obrotów na minutę); EP pracuje w środowisku agresywnych cieczy i gazów w niskich i wysokich temperaturach; dzięki sterowności konwertera EA łatwo reguluje przebieg procesu technologicznego, zapewniając różne parametry ruchu ciał roboczych TM; ma wysoką wydajność, jest niezawodny w działaniu i nie zanieczyszcza środowiska.

Obecnie łączna moc zainstalowana generatorów elektrycznych na Ukrainie przekracza 50 mln kW. Powstały również sieci elektryczne do dystrybucji takiej mocy na wszystkich poziomach napięcia.

Jednak ze względu na spadek przede wszystkim produkcji przemysłowej realne zużycie energii elektrycznej na Ukrainie jest zapewnione kosztem połowy określonej mocy. Tak znaczna rezerwa energii jest niezawodną podstawą rozwoju sił wytwórczych Ukrainy, związaną z wprowadzaniem nowych energooszczędnych technologii, produkcją nowoczesnych produktów high-tech, dalszym rozwojem automatyzacji i mechanizacji produkcji. Rozwiązanie wszystkich bez wyjątku powyższych zadań zapewnia zastosowanie różnych układów napędu elektrycznego, wzrost zużycia energii elektrycznej przez napęd elektryczny, który w istniejącej strukturze zużycia zbliża się już do 70%.

1.2. Zasady budowy systemów sterowania dla zautomatyzowanych napędów elektrycznych

Charakterystyczną cechą nowoczesnego napędu elektrycznego jest to, że zawiera on sygnał sterujący przetwornika U w jest tworzony przez specjalne automatyczne urządzenie sterujące (AUD) bez bezpośredniego udziału osoby. Takie sterowanie nazywa się automatycznym, a napęd elektryczny nazywa się automatycznym (AED).

System sterowania AED, podobnie jak każdy inny automatyczny system sterowania, można uznać za system odbierający i przetwarzający informacje.

Pierwszy kanał generuje informację o wymaganej wartości kontrolowanej zmiennej q(t)(wpływ na ustawienie).

W drugim kanale za pomocą czujników można uzyskać informację o rzeczywistej wartości regulowanej zmiennej. t(t) lub inne wartości charakteryzujące PE.

Trzeci kanał może dostarczać informacji o zakłócających wpływach na system sterowania F i (T) jako sygnał x i (T).

W zależności od liczby wykorzystywanych kanałów informacyjnych istnieją trzy zasady konstruowania układów sterowania zautomatyzowanym napędem elektrycznym:

1) zasada otwartej kontroli;

2) zasadę zamkniętej kontroli;

3) zasadę połączonego zarządu.

Rozważmy schematy funkcjonalne systemów sterowania AED.

System sterowania AED, zbudowany na zasadzie otwartej kontroli, nazywany jest systemem otwartym. Wykorzystuje tylko jeden kanał informacji - o wymaganej wartości sterowanej zmiennej q(t). Schemat działania takiego układu sterowania pokazano na rysunku 1.2.

Podobnie jak w poprzednim przypadku, węzeł sumujący na wejściu ACU otrzymuje informację o: q(t). Strzałka wskazująca q(t), jest skierowany do niezacienionego sektora węzła sumowania. Oznacza to, że sygnał nastawczy wchodzi do węzła sumującego ze znakiem „+”.

Automatyczne urządzenie sterujące generuje sygnał do sterowania konwerterem U tak, wykorzystując tylko informacje o wartości siły napędowej q(t), który jest dostarczany do wejścia ACU z ciała dowodzenia (CO). W wyniku tego, że na każdy element schematu funkcjonalnego wpływają zakłócające wpływy F i (T), ilość energii mechanicznej dostarczanej do maszyny technologicznej, a co za tym idzie skok

Ryż. 1.2 - Schemat funkcjonalny systemu sterowania w pętli otwartej dla AED

operacje technologiczne ulegną zmianie. W rezultacie rzeczywista wartość regulowanej zmiennej t(t) może znacznie różnić się od wymaganej wartości q(t). Różnica między żądaną a rzeczywistą wartością zmiennej sterowanej w stanie ustalonym (gdy zmienna sterowana t(t) nie zmienia się z czasem) nazywa się błędem sterowania Δx(t)=q(t)–y(t).

Systemy AED z otwartą pętlą są stosowane w przypadku, gdy pojawienie się błędu sterowania nie prowadzi do znacznych strat technologicznych (spadek wydajności TM, spadek jakości produktu itp.)

W przeciwnym razie, gdy pojawienie się błędu sterowania znacznie zmniejsza wydajność procesu technologicznego, do budowy systemu sterowania AED stosuje się zasadę sterowania zamkniętego. Taki system nazywa się systemem zamkniętym.

Wykorzystuje dwa kanały informacyjne: do informacji o wymaganej wartości zmiennej sterowanej q(t) dodawana jest informacja o rzeczywistej wartości kontrolowanej zmiennej t(t). Schemat funkcjonalny takiego układu sterowania pokazano na rysunku 1.3.

Informacja o rzeczywistej wartości regulowanej zmiennej t(t) jest podawany do węzła sumowania za pomocą głównego sprzężenia zwrotnego (GOS). Mówi się, że GOS „zamyka” układ sterowania poprzez podłączenie jego wyjścia do wejścia.

Strzałka wskazująca t(t), jest skierowany do zacienionego sektora węzła sumowania, tj. sygnał GOS wchodzi do węzła sumującego ze znakiem „-” i dlatego GOS nazywany jest sprzężeniem zwrotnym ujemnym.

Ryż. 1.3 - Schemat funkcjonalny zamkniętego układu sterowania AED.

W węźle sumowania w wyniku algebraicznego (z uwzględnieniem znaku) dodawania sygnałów q(t) I t(t) określa się wielkość i znak błędu sterowania Δx(t)= +q(t) – y(t). Sygnał błędu podawany jest na wejście ACU. Dzięki temu ACU generując sygnał sterujący dla przekształtnika P na podstawie informacji o aktualnym stosunku wartości zadanej i rzeczywistej wartości regulowanej wielkości, zapewnia dostarczenie takiej ilości EE do ED, oraz maszynie technologicznej ME, aby błąd sterowania można było zredukować do wartości dopuszczalnej lub zredukować do zera.

Oprócz GOS w systemie sterowania mogą występować różne wewnętrzne sprzężenia zwrotne GOS (FOS). Kontrolują parametry pośrednie układu, co poprawia jakość procesu sterowania. System zawierający tylko GOS nazywany jest single-loop, a posiadający oprócz GOS także VOS nazywany jest multi-loop.

W systemie zbudowanym zgodnie z zasadą kombinowaną łączy się dwie struktury - zamkniętą i otwartą. Do zamkniętego systemu, który jest głównym, dodawana jest otwarta struktura za pośrednictwem trzeciego kanału informacyjnego x 1 (T) o głównym przeszkadzającym efekcie F 1 (T). Schemat funkcjonalny systemu pokazano na rysunku 1.4.

Głównym z nich jest efekt perturbacji, który ma największą składową w wielkości błędu sterowania.

Ryż. 1.4 - Schemat funkcjonalny połączonego systemu sterowania AED

Na ryc. 1.4 dla głównego, zabierany jest efekt perturbacji F 1 (T). Jest kontrolowany przez element pośredniczący (PE) i informację o nim x 1 (T) wprowadzone do węzła sumowania. Dzięki temu ACU wprowadza do sygnału sterującego przetwornika komponent, który kompensuje wpływ F 1 (T) na proces technologiczny i zmniejsza ilość błędów sterowania. Wpływ innych zakłócających wpływów na błąd jest eliminowany przez główny układ zamknięty.

Rozważane przykłady pozwalają nam zdefiniować pojęcie „zautomatyzowanego napędu elektrycznego”.

Zautomatyzowany napęd elektryczny to układ elektromechaniczny, w którym w pierwszej kolejności następuje zamiana energii elektrycznej na energię mechaniczną. Dzięki tej energii ciała robocze maszyny technologicznej są wprawiane w ruch. Po drugie, proces konwersji energii jest kontrolowany w celu zapewnienia wymaganych stanów ustalonych i przejściowych trybów pracy TM.

Wykład 2

1.3. Klasyfikacja systemów sterowania AEP

Klasyfikacji systemów sterowania AED można dokonać według wielu kryteriów: w zależności od rodzaju prądu silnika, systemy dzielą się na prąd przemienny i stały. Według rodzaju sygnałów informacyjnych i sterujących - na systemy ciągłe i dyskretne. W zależności od charakteru równań opisujących procesy sterowania - na układy liniowe i nieliniowe. Często są one podzielone według typu przekształtnika lub głównego wyposażenia: system – generator prądu stałego – silnik (G-D); układ - przekształtnik tyrystorowy - silnik (TP-D); układ - tyrystorowa przetwornica częstotliwości - silnik (TPCh-D) itp.

Jednak najbardziej rozpowszechniła się klasyfikacja systemów sterowania AED według funkcji, jakie pełnią w procesach technologicznych. Takich funkcji jest pięć.

1. Systemy sterowania procesami rozruchu, hamowania, cofania. Wśród nich z kolei można wyróżnić trzy grupy systemów.

Systemy pierwszej grupy są otwarte. Stosowane są w napędach elektrycznych z silnikami asynchronicznymi z wirnikiem klatkowym. Przetwornica składa się z urządzenia przełączającego zasilanie (SPU), które łączy silnik bezpośrednio z siecią. Wszystkie urządzenia sterujące - działanie przekaźnika (stykowe lub bezstykowe).

Systemy sterowania z drugiej grupy są również w pętli otwartej. Stosowane są w napędach elektrycznych z silnikami prądu stałego oraz silnikami asynchronicznymi z wirnikiem fazowym, mają bardziej złożoną budowę STC, które zapewniają stopniowe przełączanie rezystorów lub innych elementów w obwodach mocy silnika. Zapewniają automatyczną kontrolę startu i stopu, co ogranicza prąd i moment obrotowy silnika. Dzięki ręcznemu sterowaniu SPU możliwe jest sterowanie prędkością w małym zakresie.

Systemy trzeciej grupy przeznaczone są do realizacji optymalnych procesów rozruchu, hamowania, cofania. Optymalne w tym przypadku rozumiane są jako procesy przejściowe zachodzące w minimalnym czasie. Zapewnia to utrzymanie wartości momentu obrotowego silnika na poziomie wartości dopuszczalnej podczas procesu rozruchu i hamowania.

Układy takie stosuje się w napędach elektrycznych o pracy przerywanej, gdy czas stanu ustalonego jest krótki lub całkowicie go nie ma. Dlatego pojawienie się błędu sterowania nie spowoduje strat technologicznych, a system może nie mieć GOS.

Zamknięta pętla sterowania w takim układzie jest tworzona przez ujemne sprzężenie zwrotne momentu (prądu) silnika. Na rysunku 1.4 jest to pokazane jako BOS. W tym przypadku moment obrotowy silnika staje się zmienną regulowaną. W związku z tym ACU generuje sygnał sterujący P w taki sposób, że podczas procesu rozruchu i hamowania moment obrotowy jest utrzymywany na wymaganym poziomie lub zmienia się w czasie zgodnie z wymaganym prawem.

2. Systemy utrzymania stałej wartości zadanej zmiennej sterowanej (systemy stabilizacji). Regulowane wartości to te charakteryzujące ruch korpusu roboczego TM i wału silnika - prędkość, przyspieszenie, moment obrotowy, moc itp.

Układy stabilizacji są zbudowane na zasadzie zamkniętej i mogą mieć schemat funkcjonalny pokazany na rys. 1.4. W takim systemie sygnał jazdy q(t)=const. Dlatego zmniejszenie kontrolowanej zmiennej t(t), spowodowane pojawieniem się niepokojącego efektu F 1 (T), spowoduje wzrost sygnału błędu sterowania na wejściu ACU. Automatyka generuje sygnał sterujący przekształtnikiem w zależności od zastosowanego w nim prawa sterowania (typ regulatora). W przypadku prawa sterowania proporcjonalnego jako regulator stosuje się proporcjonalne (wzmacniające) łącze o wzmocnieniu większym niż jedność (P - regulator). Dlatego wraz ze wzrostem sygnału wzrośnie błąd na wejściu kontrolera P i sygnał sterujący konwertera. W rezultacie ilość EE i ME wzrośnie, co doprowadzi do wzrostu t(t) i zmniejszenie błędu sterowania. Jednak nie można go w pełni skompensować, ponieważ w tym przypadku sygnały na wejściu i wyjściu regulatora P będą równe zeru, EE nie będzie dostarczane do silnika i proces technologiczny zostanie zatrzymany.

Układ stabilizacji, w którym błąd regulacji nie zmniejsza się do zera, a jedynie zmniejsza się do akceptowalnej wartości, nazywa się statycznym.

Przy regulacji proporcjonalno – całkującej regulator składa się z dwóch połączonych równolegle ogniw – proporcjonalnego i całkującego (P-I – regulator). Sygnał błędu dociera jednocześnie na wejście obu łączy. Proporcjonalna część regulatora, podobnie jak w poprzednim przypadku, wzmocni sygnał błędu. Integralna część sterownika zsumuje sygnał błędu, tj. jego moc wyjściowa będzie się zwiększać, dopóki na wejściu kontrolera pojawi się sygnał błędu. Ponieważ sygnał wyjściowy sterownika (sygnał sterujący przetwornika) jest sumą sygnałów wyjściowych części proporcjonalnej i integralnej, tak długo, jak na wejściu sterownika występuje sygnał błędu, jego sygnał wyjściowy będzie wzrastał. W efekcie ilość EE i ME w systemie wzrośnie, a błąd sterowania zmniejszy się. Gdy sygnał błędu na wejściu regulatora stanie się równy zeru, to sygnał na wyjściu regulatora będzie większy od zera, ponieważ integralna część regulatora po zaniku sygnału na jego wejściu zapamiętuje sumaryczną wartość sygnał wyjściowy. EE zostanie dostarczony do silnika, a proces technologiczny będzie kontynuowany.

Układ stabilizacji, w którym błąd sterowania jest zredukowany do zera, nazywa się astatycznym.

Z proporcjonalnym - całkującym - różnicowym prawem sterowania, równolegle do P, I. - łącza zawierają łącze różniczkujące (P - I - D - regulator).

Sygnał wyjściowy części różnicowej jest wprost proporcjonalny do szybkości zmian sygnału błędu sterowania. Podsumowując z sygnałami części P, I regulatora dodatkowo zwiększa sygnał sterujący przetwornika oraz ilość EE dostarczanego do silnika. Pomaga to zmniejszyć dynamiczny błąd sterowania, tj. różnica między żądaną a rzeczywistą wartością regulowanej zmiennej podczas stanu nieustalonego w systemie.

Systemy stabilizacji znajdują zastosowanie w przypadkach, gdy konieczne jest precyzyjne utrzymanie dowolnego parametru procesu, a także przy regulacji prędkości obrotowej silnika w szerokim zakresie.

Aby uformować procesy rozruchu i hamowania, układ stabilizacji może mieć wewnętrzne sprzężenie zwrotne na moment obrotowy silnika (BOS na rys. 1.4).

Otwarty kanał sterowania dla głównego efektu zakłócającego zmniejsza błąd sterowania w układach statycznych.

3. Systemy śledzenia. Podobnie jak systemy stabilizacji są zbudowane na zasadzie zamkniętej. Jednak sygnał jazdy q(t) zmieniają się zgodnie z prawem losowym i rzeczywistą wartością sterowanej zmiennej t(t) powinien powtórzyć (śledzić) to prawo.

Stosowane są w maszynach technologicznych, które wymagają, aby przy obrocie wału wejściowego o dowolny kąt wał wyjściowy „podążał” za wałem wejściowym i obracał się o ten sam kąt.

Kiedy pozycje wałków się zgadzają q(t) = y(t) a błąd sterowania wynosi zero. Podczas zmiany położenia wału wejściowego q(t) y(t). Na wejściu ACU pojawia się sygnał błędu, konwerter dostarcza EE do silnika, a wał wyjściowy będzie się obracał, aż zajmie pozycję wejściową.

4. Systemy sterowania programem. Stosowane są w maszynach technologicznych z kilkoma napędami elektrycznymi. Te dyski mogą być budowane zarówno w konfiguracji z otwartą pętlą, jak i z zamkniętą pętlą. Wspólne dla nich jest urządzenie, które zmienia zadaną wartość regulowanej wartości każdego napędu elektrycznego zgodnie z ustalonym programem. Jednocześnie silniki poszczególnych korpusów roboczych uruchamiają się automatycznie, pracują z zadanymi prędkościami lub rewersem, a poruszające się korpusy robocze maszyny technologicznej nie kolidują ze sobą.

5. Systemy adaptacyjne. Stosuje się je w przypadkach, gdy układ zbudowany na zasadzie zamkniętej, w wyniku nieprzewidzianych zmian oddziaływań zakłócających, nie jest w stanie spełnić swojej funkcji, np. stabilizacji zmiennej sterowanej.

Aby zapewnić adaptację (regulację) systemu zamkniętego, do jego składu wprowadza się dodatkowy obwód, którego podstawą jest urządzenie obliczeniowe. Kontroluje ilość q(t), t(t), niepokojące wpływy F i (T), analizuje pracę układu stabilizacji i określa zmiany parametrów lub struktury ACU niezbędne do adaptacji.

Wykład 3

2.1. Redukcja momentów i sił oporu, momentów bezwładności i mas bezwładności

Część mechaniczna napędu elektrycznego obejmuje część obrotową silnika, przekładnię mechaniczną oraz korpus roboczy maszyny technologicznej.

Obracająca się część silnika (twornik lub wirnik) służy jako źródło energii mechanicznej.

Za pomocą MPU ruch obrotowy silnika jest przekształcany w ruch postępowy korpusu roboczego TM lub poprzez zmianę stosunku prędkości wału wejściowego i wyjściowego MPU, prędkości obrotowe silnik i korpus roboczy są skoordynowane. Jako MPU można stosować przekładnie walcowe i ślimakowe, przekładnie planetarne, pary śruba-nakrętka, korby, zębatki, przekładnie pasowe i łańcuchowe.

Ciało robocze TM jest konsumentem energii mechanicznej, którą przekształca w użyteczną pracę. Wśród korpusów roboczych znajdują się wrzeciono tokarki lub wiertarki, ruchoma część przenośnika, łyżka koparki, kabina windy, śruba napędowa statku itp.

Elementy części mechanicznej EP są ze sobą połączone i tworzą łańcuch kinematyczny, którego każdy element ma swoją własną prędkość ruchu, charakteryzuje się momentem bezwładności lub masą bezwładności, a także zestawem momentów lub działające na nią siły. Ruch mechaniczny dowolnego elementu jest określony przez drugie prawo Newtona. Dla elementu obracającego się wokół stałej osi równanie ruchu to:

Gdzie
jest sumą wektorów momentów działających na element;

J jest momentem bezwładności elementu;

jest przyspieszeniem kątowym obracającego się elementu.

Dla elementu poruszającego się translacyjnie równanie ruchu ma postać:

,

Gdzie
jest sumą wektorów sił działających na element;

m jest masą bezwładności elementu;

– przyspieszenie liniowe elementu poruszającego się translacyjnie.

Korzystając z tych równań, można wziąć pod uwagę interakcję dowolnego elementu z resztą łańcucha kinematycznego. Wygodnie jest to zrobić, sprowadzając momenty i siły, a także momenty bezwładności i mas bezwładności. W wyniku tej operacji (redukcji) rzeczywisty schemat kinematyczny zostaje zastąpiony przez wyliczony, energetycznie równoważny schemat, którego podstawą jest element, którego ruch jest rozważany. Z reguły tym elementem jest wał silnika M. Pozwala to w pełni poznać charakter ruchu napędu elektrycznego i jego tryb pracy. Znając parametry schematu kinematycznego można określić rodzaj ruchu korpusu roboczego maszyny technologicznej.

Redukcja momentów oporowych z jednej osi obrotu na drugą opiera się na bilansie mocy w układzie.

Podczas operacji technologicznej korpus roboczy obraca się wokół własnej osi z prędkością ω m i stworzenie chwili oporu m cm, zużywa energię r m =M cm ω m. Straty mocy w MPU uwzględnia się dzieląc wartość r m na wydajność przenoszenie η P. Tę moc zapewnia silnik obracający się z dużą prędkością ω i moment rozwoju m od, równy momentowi oporu sprowadzonemu do osi obrotu wału silnika m cm. W oparciu o równość władz otrzymujemy:

.

Następnie wyrażenie do określenia zredukowanego momentu oporu m od wygląda jak:

,

Gdzie
- przełożenie MPU.

W podobny sposób odbywa się sprowadzanie sił oporu. Jeżeli prędkość translacyjna ciała roboczego TM jest równa υ m a podczas operacji technologicznej powstaje siła oporu F cm, a następnie biorąc pod uwagę wydajność Równanie bilansu mocy MPU będzie wyglądało następująco:

.

Zmniejszony moment oporu m od będzie równa:

,

Gdzie
to promień redukcji MPU.

Każdy z obrotowych elementów schematu kinematycznego charakteryzuje moment bezwładności J і . Doprowadzenie momentów bezwładności do jednej osi obrotu polega na tym, że całkowita energia kinetyczna ruchomych części napędu odniesiona do jednej osi pozostaje niezmieniona. W obecności obracających się części z momentami bezwładności J D , J 1 , J 2 , …J n i prędkości kątowe ω, ω 1 , ω 2 , … ω n możliwe jest zastąpienie ich dynamicznego działania działaniem pojedynczego elementu posiadającego moment bezwładności J i obraca się z prędkością ω .

W tym przypadku możemy zapisać równanie bilansu energii kinetycznej:

.

Całkowity moment bezwładności zredukowany do wału silnika będzie równy:

,

Gdzie J D- moment bezwładności wirnika (tworu) M;

J 1 , J 2 , …J n są momentami bezwładności pozostałych elementów schematu kinematycznego.

Sprowadzanie mas bezwładnościowych m, poruszający się translacyjnie, odbywa się również na podstawie równości energii kinetycznej:

,

Stąd moment bezwładności zredukowany do wału silnika będzie równy:

.

W wyniku operacji redukcyjnych rzeczywisty schemat kinematyczny zostaje zastąpiony schematem wyliczonym, energetycznie równoważnym. Jest to ciało obracające się na stałej osi. Ta oś jest osią obrotu wału silnika. Działa na nią moment obrotowy silnika M i zmniejszony moment oporu m od. Korpus obraca się z prędkością silnika ω i ma zmniejszony moment bezwładności J.

W teorii napędu elektrycznego taki schemat projektowy nazywa się jednomasowym układem mechanicznym. Odpowiada mechanicznej części AED z absolutnie sztywnymi elementami i bez przerw.