интернет-магазин светодиодного освещения
Пн - Вс с 10:30 до 20:00
Санкт-Петербург, просп. Энгельса, 138, корп. 1, тк ''Стройдвор''

Пункт 2: Общие сведения об электроприводе. Классификация электроприводов. Какая мощность двигателя передается приводному агрегату электропривода


Глава 15. Электропривод

15.1. Общие сведения

Электроприводом называется электромеханическое устройство, состоящее из электродвигателя, передаточного механизма, соединяющего электродвигатель с исполнительным механизмом, и элементов управления и автоматизации.

Производственные машины и механизмы, как правило, приводятся в движение электроприводом (рис. 15.1), Электрическая часть электро­привода 4 состоит из электродвигателя 2 и аппаратуры управления двигателем 1, с помощью которой управляют движением производ­ственной машины или механизма 5. Механическая часть электро­привода 3, связывающая электродвигатель с производственной машиной или механизмом, может состоять из различных элементов: муфт сцепления, редукторных, цепных и клиноременных передач, преобразо­вателей движения и др. Совокупность электропривода и производ­ственной машины или механизма составляет электрифицированный агрегат. Управление агрегатом является ручным, если оно выполняет­ся простейшими электрическими устройствами путем непосредственного воздействия на них человеком. Автоматическое управление агрегатом производятся без непосредственного участия человека. При автомати­ческом управлении обеспечивается высокая производительность произ­водственных машин и улучшается качество выпускаемой продукции. Электроприводы с автоматическим управлением получили название автоматизированных.

Электроприводы в зависимости от числа обслуживаемых производ­ственных машин и ступеней механических передач подразделяются на три типа: групповые, одиночные и многодвигательные. При групповом приводе механическая энергия по отдельным производственным маши­нам передается и распределяется от одного электродвигателя через трансмиссии, т. е. один двигатель приводит в движение группу произ­водственных машин. Этот вид электропривода имеет ряд технико-экономических недостатков, поэтому его в настоящее время не приме­няют.

При одиночном приводе каждая производственная машина или испол­нительный механизм приводится в движение отдельным электродвига­телем, что позволяет упростить промежуточные передачи и снизить в них потери, а также обеспечить возможность регулирования частоты вращения машин и их торможения электрическими способами.

Если производственная машина, например станок-автомат, производящий ряд различных операций, приводится в движение от несколь­ких электродвигателей, т. е. когда не связанные между собой механические звенья машины приводятся в движение отдельными двигателями соответствующей мощности, то привод называютмногодвигательным. Такой вид электропривода позволяет упростить кинематику производ­ственной машины, уменьшить количество ее узлов, снизить расход электроэнергии и износ отдельных деталей.

15.2. Основные режимы работы электропривода

От особенностей нагревания и охлаждения двигателя зависит время, в течение которого он может отдавать номинальную мощность. Иными словами, продолжительность работы двигателя зависит от режима, для которого он предназначен. Исходя из этого, различают следующие основные режимы работы электропривода: продолжительный, кратко­временный и повторно-кратковременный.

При продолжительном режиме температура всех частей электри­ческой машины и электропривода через некоторое время достигает установившегося значения Туст (рис. 15.2, а) и длительность работы электропривода обусловливается этой температурой. Работа электро­привода продолжается до тех пор, пока температура всех его частей не превысит Туст. В качестве примера к механизмам с продолжитель­ным режимом работы можно отнести водяные насосы, вентиляторы, компрессоры и т. д.

При кратковременном режиме электропривод находится в рабочем состоянии относительно небольшой период и за это время его темпе­ратура не успевает достигнуть установившегося значения, а за время паузы его температура успевает снизиться до температуры окружаю­щей среды Тос (рис. 15.2,б). Длительность периода нагрузки tp неизмен­ной номинальной нагрузки для таких двигателей принята 10; 30; 60; 90 мин. В кратковременном режиме работают электроприводы шасси самолетов, разводных мостов и др.

При повторно-кратковременном режиме (рис. 15.2, в) периоды неизменной нагрузки tp чередуются с периодами отключения электри- ческого двигателя t0 (паузами), причем ни в один из периодов tpтемпература электропривода не достигает установившегося значения, а в период t0 электропривод не успевает охладиться до Tос.

Продолжительность одного периода нагрузки и паузы называют циклом: (tц = tp + t0). Повторно-кратковременный режим работы электропривода характеризуется относительной (в процентах) продолжительностью вклю­чения:

(15.1)

Продолжительность включения принята равной 15; 25; 40; 60%, а продолжительность одного цикла не должна превышать 10 мин. В повторно-кратковременном режиме работают электроприводы кранов, экскаваторов, прокатных станов, лифтов и т. д.

Показателем использования электродвигателя может служить макси­мальная температура, до которой он нагревается в процессе работы, так как перегрев обмоток и деталей выводит двигатель из строя. Для обеспечения безаварийной работы необходимо знать, в каком из режимов работает двигатель. Поэтому в зависимости от вида режима работы электропривода определяют номинальную мощность электродви­гателя.

studfiles.net

Л8. Электропривод машин и установок для обработки сельскохозяйственной продукции.

8.1 Электропривод машин и установок для первичной обработки продукции. Расчёт и выбор мощности двигателей электроприводов.

Расчёт и выбор мощности двигателя. Электропривода проводят в два этапа. На первом этапе расчётом на основании имеющихся данных предварительно определяют ориентировочную мощность на валу электродвигателя привода технологической установки. На втором этапе окончательно устанавливают необходимую номинальную мощность электродвигателя с учётом данных экспериментальных испытаний машины или установки и особенностей её эксплуатации и электропитания.

На первом этапе наиболее просто известных номинальной производительности технологической установки T/ч и удельном расходе электроэнергии , кВт.ч/т, рассчитывают ориентировачно среднеймощностью:

Средняя мощность нагрузки на валу двигателя электропривода, кВт

Где - среднее значение КПД электродвигателя при работе (0,7-0,8) с учётом возможной неравномерности нагрузки электропривода мощность на валу его двигателя по условию допустимого нагрева в длительном режиме работыS1 завышают:

Где - коэффициент формы нагрузочной диаграммы электропривода, применяемый для слабопеременной нагрузки 1,01-1,05 и для редкопеременной нагрузки 1,06-1,15.

Более точно на первом этапе мощность на валу двигателя электропривода по условию допустимого нагрева в режиме нагрузки S1 по аналитическим и империческим формулам, которые для наиболее массовых машин приводятся в литературе.

8.2. Электропривод машин и устройств для послеуборочной обработки сельхозпродукции.

Зерноочистительные машины. Эти машины для первичной очистки зерна от примесей включают в себя основной рабочий орган-качающийся решётный стан, состоящий из решёт, через которые просеивается зерновая масса. Дополнительными рабочими органами могут быть щётки решетного стана, шнеки нагрузки и выгрузки, центробежный вентилятор продува зерновой массы. Как правило, центробежный вентилятор и шнеки имеют отдельные электроприводы.

Мощность нагрузки, кВт, на валу электродвигателя привода решётного стана рассчитывают по эмпирической формуле.

Где = 1,2-1,5- коэффициент запаса, m – 100-300- масса решётного стана

- необходимое оптимальное ускорение решёт м/

= 15-30; n=500 – рациональная частота колебаний решёт, ,

- КПД передаточного механизма

= 0,6-0,7

Если щётки и шнеки решётного стана имеют групповой привод от того же электродвигателя, то рассчитанную мощность для привода решётного стана увеличивают в 1,25-1,75 раза.

Цилиндрический триер. Предназначен для разделения подаваемого в его вращающийся цилиндр зернового материала на две фракции – короткие и длинные семена. Мощность нагрузки кВт на валу электродвигателя его привода:

,

Где - 0,2-0,6удельная мощность, кВт/(т/ч)

- номинальная производительность триера или блока триеров, т/ч,

- КПД механической передачи

Картофелесортировка. Она предназначена для разделения клубней картофеля по размеру. Мощность нагрузки, кВт, на валу электродвигателя её привода:

,

Где a – удельный затраты электродвигателя кВтч/т (П=2,5 т/ч для грохотной a = 0,4, транспортной 0,5, роликовой 0,63, барабанной 0,46; П = 15 т/ч грохотной а = 0,13; транспортной – 0,11, роликовой 0,15, барабанной 0,11)

–номинальная производительность, т/ч;

- 0,75-0,85 КПД механической передачи.

Как правило, машины и установки послеуборочной обработки сельхозпродукции организовывают в поточные линии.

Установки для обработки животноводческой продукции.

Лопастная мешалка танков-охладителей молока.

Она предназначена для перемешивания молока в процессе его обработки. Мощность нагрузки, кВт, на валу двигателя ЭП плоской лопастной мешалки определяют:

,

Где С – коэффициент, ограничивающий поправку, обусловленную тем, что вязкая жидкость увлекается не только поверхностью мешалки, но в некоторой мере захватывается связанными с поверхностью частицами

- плотность молока (1030 кг/

- высота погрузочной части лопастей,

–чиcло лопастей мешалки; w – угловая скорость

Где n – частота вращения барабана,

–номинальная производительность машины, т/ч

- КПД передачи.

Дробилка, измельчитель кормов. Мощность нагрузки, кВт на валу двигателя ЭП:

,

Где = 1,15-1,2 – коэффициент, учитывающий потери , включая расход воздуха на вентиляцию.

А – энергия, расходуемая на измельчения определённой массы продукта кДж/к.т. для дробилки или кВт.т/ч для измельчителя

–номинальная производительность, кг/c для дробилки или т/ч для измельчителя.

- КПД механической передачи

Для корнеплодов. А = 13 кДж/кг для зерна (средний тонкий помол) – 40-70 кДж/кг измельчённого зерна в муку А = 100 – 150 кДж/кг

Измельчители при измельчённой зелёной массе сена, соломы А = 1,7 -8 кВт. ч/т

Электропривод мобильных машин и электроустановок.

Виды электроприводных машин и установок.

Характерная их особенность (мобильных машин) используемый способ электропитания:

  • Троллейный

  • Кабельный

  • Аккумуляторный

  • Конденсаторный

  • Дизель-генераторный

  • Комбинированный

Троллейный способ. В этом случае энергия к электродвигателю поступает от неизолированных проводов через подвижные контакты (щётки, ролики, дуги). Недостаток их – низкая надёжность подвижных контактов и повышенная опасность поражения электротоком.

Кабельный способ – питание гибкой кабель-штору, кабель в лотке или кабель-барабан. Недостаток – ускоренный износ кабеля.

Аккумуляторный способ – универсальное решение проблемы энергоснабжения электрифицированных передвижных установок. Недостатки – низкий срок службы химических аккумуляторных батарей, высокая их стоимость, длительность заряда, повышенная опасность загрязнения окружающей среды.

Конденсаторный способ. Разработаны новые типы конденсаторов с двойным электрическим слоем (КДЭС), которые имеют уникальные характеристики:

  1. Быстрый заряд – 8-15 минут тяговой конденсаторной батареи.

  2. Высокая удельная ёмкость 100 ф/кг и удельную мощность (0,22 кВт/кг).

  3. Низкий саморазряд (до 40% в месяц) и большой срок службы (более 5 лет) Их основной недостаток – высокая стоимость.

Дизель-генераторный способ. Способ хорош для энергоёмких мобильных агрегатов. Двигатель внутреннего сгорания сопрягается с электрогенератором и от него с помощью электротрансмиссии энергия передаётся к проводам (электродвигателя) приводов ходовых колёс (мотор-колёса). Дизель-электрический трактор (ДЕТ-250-мощность 250 л.с.)

Комбинированный – сочетание аккумуляторного и троллейного способов. Мощность на валу электродвигательных механизмов передвижного мобильного агрегата рассчитывают как и у крановых механизмов передвижения:

Где - коэффициент трения двигателя

- вес механизма передвижения груза, Н

- скорость перемещения, м/с

- общий КПД передачи механизма передвижения.

Для электропогрузчиков.

Где ,- вес грузозахватывающего устройства и поднимаемого груза, Н

–скорость подъёма груза, м/с

- общий КПД передачи механизма подъёма.

Электропривод станочного оборудования.

Мощность нагрузки , Вт на валу электродвигателя главного привода станка для обработки материалов резанием:

,

Где - усилие резания, Н

- технологическая скорость резания, м/мин

- КПД – 0,7 – 0,85 для станков с вращательным движением рабочих органов и 0,4 – 0,5 – с поступательным движением.

Усилие резания.

Где - коэффициент, определяющий удельное сопротивление резания, Н/

x, y – опытные коэффициенты

S – подача режущего инструмента на один оборот, мм

–берут из справочной литературы по обработке материалов резанием.

Л 9. Электрический привод ручного инструмента.

Классификация и особенности электропривода ручного инструмента.

Электроинструментом называют рабочие машины, движение рабочего органа которых осуществляется с помощью электродвигателя, а вспомогательные движения и управление машиной выполняется вручную.

Стандартное буквенное обозначение в начале марки электроприводного инструмента – ИЭ, затем идут цифры (1 цифра – группа инструментов по назначению, 2-ая цифра под группу специализации). Последние две цифры означают порядковый регистрационный номер ручной машины данного типа. Предусмотрено девять групп ручных машин по назначению:

  1. Сверлильные

  2. Шлифовальные

  3. Резьбозавёртывающие

  4. Ударные и ударно-вращательные

  5. Дисковые пилы, машины фрезерные, ножницы, рубанки

  6. Машины специальные и универсальные

  7. Многошпиндельные машины

  8. Насадки, головки с приводом 4/3 гибкий вал

  9. Вспомогательное оборудование

Инструмент марки ИЭ1205 означает ИЭ – инструмент электроприводной, 1 – машина ручная, сверлильная; 2 – машина ручная сверлильная многоскоростная; 05 – порядковый регистрационный номер данной модели.

Основные части электроинструмента:

Корпус, рабочий орган (сверло, фреза, пила), приводной электродвигатель и редуктор.

Дополнительная оснастка – электропреобразовательные устройства, токоподводящие провода и кабели, выключатели, сменные рабочие органы и приспособления, вентиляторы охлаждения.

Качество. Электрооборудование любого инструмента должно обладать следующими качествами:

  • Безопасностью в обслуживании

  • Небольшой массой

  • Большой перегрузочной способностью

  • Достаточно жёсткой механической характеристикой двигателя

  • Повышенной механической прочностью.

Классификация. По методу обеспечения безопасности работы ручной электроинструмент подразделяют на 3 класса:

  1. Относят электроинструмент на больше 42B, имеющей одну рабочую изоляцию

  2. Инструмент класса 1, у которого все части находятся под напряжением, имеют двойную изоляцию или усиленную изоляцию и у неё нет устройств для заземления.

  3. Относят электроинструмент на номинальное напряжение до 42 В. или постоянное не свыше 50 В, не имеющий устройств для заземления, питающейся от автономных или электропреобразовательных устройств, которые обеспечивают гальваническую развязку от основной питающей сети более высокого напряжения (аккумуляторная или на повышенную частоту тока).

Мощность на валу двигателя режущего инструмента (Вт) рассчитывают:

, n = 3000

Двигатели - фазные асинхронные короткозамкнутые двигатели промышленной частоты тока или однофазные универсальные коллекторные с последовательным возбуждением,n = 1200-1600 .

Схема электропривода инструмента с универсальным коллекторным двигателем:

–выключатель

С1, С2 (по 0,1 мкФ) для ликвидации дуги при отключении

С3, С4, С5 образуют с разделённой на 2 части обмоткой возбуждения двигателя заградительный фильтр для подавления радиационных, возникающих из-за коммутации электроцепи на коллекторе при работе двигателя.

С6, С7 – повышение коэффициента мощности двигателя (0,5-1,0 мкФ)

Высокоомный резистор R небольшой мощности предназначен для разреза конденсатора при отключении двигателя от сети.

studfiles.net

Глава III динамика электропривода и выбор мощности двигателей

Электропривод60

§ 1. Переходные процессы в электроприводах

При работе литейных машин силами сопротивления, действующими на их рабочие органы, и силами трения в механизмах на валу электродвигателя создается момент сил сопротивления МС. При вращении вала двигателя с постоянной скоростью крутящий момент М, развиваемый двигателем, равен и противоположно направлен моменту сил сопротивления МС. При всяком изменении момента сил сопротивления МС или крутящего момента двигателя М скорость вращения двигателя изменяется. Этот процесс можно описать уравнением, называемым уравнением движения

(17)

где М и МС в Н∙м;

J – момент инерции подвижных масс машины, приведенный к валу двигателя, в кг∙м2;

dω/dt – угловое ускорение вала двигателя.

Входящий в уравнение (17) момент сил сопротивления МС называют также статическим, а момент – динамическим, так как он обусловлен силами инерции движущихся масс машины. При установившемся движении скорость вращения постоянна (dω/dt = 0) и динамический момент равен нулю. При dω/dt ≠ 0 в электроприводе имеет место переходный процесс, причем dω/dt > 0 соответствует ускорению, а dω/dt < 0 – замедлению движения привода машины.

В литейных машинах переходные процессы возникают при пуске и торможении, при всяком изменении момента сил сопротивления. Многие литейные машины и их электроприводы постоянно находятся в состоянии непрерывного переходного процесса. Это смесители периодического действия, гидростанции машин литья под давлением и гидрофицированных агрегатов автоматических линий, дробилки и т. д.

В зависимости от скорости вращения момент двигателя М изменяется в соответствии с его механической характеристикой. Момент сил сопротивления МС в литейных машинах зависит от самых разнообразных факторов, например, от количества и свойств формовочной смеси в смесителе, от профиля трассы скиповых подъемников, от скорости вращения в дробеметных головках и т. д. Таким образом, моменты М и МС не постоянны во времени и могут выражаться весьма сложными функциями. Поэтому решение дифференциального уравнения (17) в некоторых случаях связано со значительными трудностями.

Обычно уравнение движения решается в предположении, что во время переходного процесса t момент двигателя М и момент сил сопротивления МC постоянны. Тогда при изменении скорости от ω1 до ω2

. (18)

Учитывая, что ,получим

. (19)

При n1 = 0 и n2 = п из соотношения (19) определяем время tn пуска машины

, (20)

а при n1 = n и n2= 0 – время tm самоторможения машины при отключенном двигателе

. (21)

При электрических способах торможения момент М двигателя направлен против вращения и входит в уравнение движения со знаком минус. Время торможения в этом случае определяем из выражения

. (22)

В действительности моменты М и МС не постоянны. Поэтому для более точного определения времени переходного процесса весь интервал скоростей разбивают на достаточно малые отрезки и определяют время переходного процесса на каждом участке, принимая М и МС постоянными в течение этого времени:

. (23)

На практике время переходных процессов вычисляют приближенно, считая моменты МС и М постоянными. Например, при пуске асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором средний момент двигателя за время пуска принимают равным

. (24)

В ряде литейных машин, в основном транспортных, момент сил сопротивления обусловлен силами трения в механизмах. При трогании с места момент сил сопротивления у таких машин в 2…3 раза больше, чем при движении, так как коэффициент трения покоя значительно больше коэффициента трения движения. Несмотря на это момент сил сопротивления считают постоянным и следят лишь за тем, чтобы пусковой момент двигателя был больше момента сил сопротивления.

Статические моменты МС отдельных механизмов машин приводят к валу двигателя через передаточное отношение и к. п. д. машины. Моменты инерции отдельных элементов машины, входящие в выражение для динамического момента, приводятся из условия сохранения кинетической энергии движущихся масс машины.

Для элемента машины, вращающегося со скоростью п1 и обладающего моментом инерции J1, приведенный момент инерции J1:

, (25)

где п – скорость вращения двигателя.

Приведенный момент инерции J2 элемента машины массой т, совершающего поступательное движение со скоростью V м/сек:

. (26)

Общий момент инерции / системы, приведенный к валу двигателя:

, (27)

где Jо – момент инерции ротора электродвигателя в кг∙м2.

В каталогах указаны маховые моменты роторов двигателей. Момент инерции связан с маховым моментом GD2 соотношением

, (28)

где G – масса в кг.

studfiles.net

Общие сведения об электроприводе. Классификация электроприводов.

Электроприводом называется устройство, осуществляющее преобразование электрической энергии в механическую и обеспечивающее электрическое управ­ление преобразованной механической энергией.

Автоматизированный электропривод (АЭП) представляет со­бой электромеханическую систему, состоящую из автоматическо­го управляющего устройства (АУУ), преобразователя мощности, передаточного устройства и электродвигателя, предназначенных для приведения в движение исполнительных органов рабочей ма­шины и управления этим движением. Электродвигатель и рабо­чая машина в данном случае представляют собой объект управления.

Основ­ными элементами электропривода являются: электродви­гатель, аппаратура управления и защиты, про­межуточные передачи, соединяющие электродвигатель с рабочей машиной.

В некоторых приводах промежуточная передача отсутствует (привод насосов, вентиляторов и др.). С целью повышения гибкости управления и улуч­шения характеристик питание электродвигателя иногда осуществляется от управляемого выпрямителя, генерато­ра пли преобразователя частоты, которые также являют­ся элементами электропривода. В большинстве случаев привод получает электроэнергию от трехфазной сети переменного тока частотой 50 Гц, напряже­нием от 380 до 10 000 В.

Передаточное устройство предназначено для передачи механической энергии от электро­двигателя к исполнительному органу рабочей машины и согла­сования вида и скорости их движения. В качестве исполнитель­ного органа могут служить валки прокатного стана, барабан кранового механизма, механизм перемещения электрода и т. п. В качестве передаточного устройства используют редукторы, планетарные и реечная передачи, муфты и т. п.

Основные технологические агрегаты и машины металлургического производства имеют автоматизированный электропривод.

Общая структурная схема электропривода приведена на рис. 1. Основным элементом ЭП является электрический двигатель (ЭД), который вырабатывает механическую энергию (МЭ) за счет потребляемой от источника электроэнергии (ИЭЭ) электриче­ской энергии (ЭЭ). В некоторых режимах работы ЭП электродви­гатель осуществляет и обратное преобразование энергии, получая механическую энергию от исполнительных органов (ИО) и рабо­тая при этом в генераторном режиме. От электродвигателя механическая энергия подается на испол­нительный орган рабочей машины (РМ) через механическую пе­редачу (МП). В некоторых случаях ИО непосредственно соединя­ется с ЭД, что соответствует безредукторному ЭП. Электрическая энергия поступает в ЭП от источника электро­энергии через преобразователь электрической энергии (Пр). Функции управления и автоматизации работы ЭП осуществ­ляются устройством управления (УУ). Преобразователь Пр вместе с устройством управления УУ образуют систему управления (СУ) электропри­вода.

Рисунок 1 – Структурная схема электропривода

Назначение указанных на схеме рис. 1 элементов состоит в следующем.

Электродвигатель - электромеханический преобразователь, предназначенный для преобразования электрической энергии в механическую (в некоторых режимах работы ЭП - для обратного преобразования энергии).

Преобразователь электроэнергии - электротехническое устрой­ство, предназначенное для преобразования электрической энер­гии одних параметров или показателей в электроэнергию других параметров или показателей и управления процессом преобразо­вания энергии.

Механическая передача - механический преобразователь, пред­назначенный для передачи механической энергии от электродви­гателя к исполнительному органу рабочей машины и согласова­ния вида и скоростей их движения.

Управляющее устройство - совокупность элементов и устройств, предназначенная для формирования управляющих воздействий в ЭП и обеспечивающая взаимодействие ЭП с сопредельными си­стемами его отдельных частей.

Система управления ЭП - совокупность преобразователя элек­троэнергии и устройства управления, предназначенная для уп­равления электромеханическим преобразованием энергии в целях обеспечения заданного движения исполнительного органа рабо­чей машины.

Рабочая машина - машина, осуществляющая изменение фор­мы, свойств, состояния и положения предметов труда.

Исполнительный орган рабочей машины - движущийся элемент рабочей машины, выполняющий технологическую операцию.

В табл. 1 приведены наиболее распространенные примеры ре­ализации элементов ЭП.

Рисунок 2 – Пример электропривода с редукторным механизмом

studfiles.net

Основы теории электропривода введение

190

Производственные агрегаты состоят из большого, отдельных машин аппаратов идеталей, выполняющих различные функции. Все части агрегатов в совокупности совершают работу, которая обеспечивает какой либо производственный процесс. Любой производственный агрегат или машинное устройство состоит из трёх основных частей: двигателя (служит для получения механической энергии), передаточного механизма (служит для пердачи механической энергии от двигателя) и исполнительного механизма, выполняющего производственный процесс (крыльчатка вентилятора, барабан лебёдки, брашпиль и т.д.) [1]. Исполнительный механизм так же называют рабочим органом.

Первые два элемента сложного производственного агрегата служат для приведения в движение исполнительного механизма, поэтому их обьединяют под общим названием привод.

Примером первого, простейшего привода является ручной привод ( человек рукой приводил в движение устройство для совершения полезной работы), затем появился конный привод (усилие человека заменено тяговой силой животного). На смену им пришёл механический привод , в котором механическая энергия пердавалась от ветряного, водяного колеса, паровой турбины, двигателя внутреннего сгорания.

В настоящее время для приведения в движение большинства рабочих машин применяется электрический двигатель и основным типом привода является электрический привод или электропривод.

Тема лекции 1 Основные понятияэлектропривода план лекции

    1. Структурная схема электропривода

    2. Общая классификация электроприводов

    3. Классификация судовых электроприводов

1.1. Структурная схема электропривода

Электрический привод представляет собой электромеханическую систему , предназначенную для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением.

В общем случае электропривод состоит из 4-х устройств ( рис.1.1 ):

  1. преобразовательное;

  2. электродвигательное;

  3. передаточное;

управляющее.

Преобразовательное устройство предназначено для преобразования рода тока, напряжения и частоты тока питающей сети и передачи преобразованных параметров сети в электрическую часть электропривода. Поэтому оно включается между питающей сетью и электрической частью электропривода.

Рис. 1.1. Структурная схема электропривода

В качестве преобразовательных устройств используются:

  1. для преобразования рода тока – выпрямители, преобразующие переменный ток в постоянный;

  2. для преобразования напряжения – трансформаторы, преобразующие переменное напряжение одного значения в переменное напряжение другого значения той же частоты;

  3. для преобразования частоты тока – преобразователи частоты, преобразующие переменный ток одной частоты в переменный ток другой, регулируемой частоты.

  4. для преобразования напряжения – инверторы, преобразующие постоянное напряжение в пременное регулируемой амплитуды и частоты

Рассмотрим поочередно преобразовательные устройства.

Выпрямители

На судах выпрямители применяют в электроприводах, использующих в качестве источника механической энергии двигатель постоянного тока. К таким электроприводам относятся (в оснвном на судах старой постройки):

  1. якорно – швартовные механизмы – брашпили;

  2. грузоподъёмные – грузовые лебёдки и краны;

  3. гребные электрические установки, предназначенные для движения судна.

Мощность этих электродвигателей составляет десятки и сотни кВт.

Трансформаторы

Трансформаторы в судовых электроприводах, как правило, не применяются. Однако они нашли применение на берегу. Здесь от высоковольтных линий электропередач с напряжениями в сотни киловольт питаются предприятия с электроприводами напряжением 380В и 660В.

Преобразователи частоты

На судах статические тиристорные преобразователи частоты применяются в электроприводах переменного тока. К таким электроприводам относятся, в основном, грузоподъёмные тяжеловесные устройства и гребные электрические установки.

Электродвигательное устройство предназначено для преобразования электрической энергии в механическую или, в некоторых системах судовых электроприводов (система генератор – двигатель), механической энергии в электрическую.

К электродвигательным устройствам относят электродвигатели постоянного и переменного тока, а также универсальные ( переменно-постоянного тока ). Последние нашли на судах ограниченное применение, в основном, в электроприводах вентиляторов мощностью до 250…300 Вт.

Передаточное устройство предназначено для передачи механической энергии от электродвигателя к исполнительному органу механизма.

К передаточным устройствам относят механические, гидравлические и другие передачи. Передаточные устройства применяют в грузоподъёмных, якорно-швартовных и рулевых механизмах. Например, в электроприводе грузовой лебёдки передаточным устройством является редуктор, расположенный между электродвигателем и грузовым барабаном лебёдки.

Простейшие по устройству электроприводы, например, вентиляторы и центробежные насосы, не имеют передаточного устройства, т.к. у них крылатка насажена непосредственно на вал электродвигателя.

Управляющее устройство предназначено для управления преобразовательным электродвигательным и передаточным устройствами. При помощи управляющего устройства задают необходимый режим работы всего электропривода, например, пуск, остановку, реверс, изменение скорости и др. Например, в электроприводе грузовой лебёдки управляющее устройство состоит из командоконтроллера (с рукояткой управления) и

станции управления, внутри корпуса, которой находятся коммутационные и защитные электрические аппараты – контакторы, реле, предохранители и др.

В сложных современных судовых электроприводах составной частью управляющего устройства являются бортовые компьютеры, которые получают информацию от задатчиков и датчиков обратной связи и вырабатывают сигналы управления в соответствии с заданными алгоритмами (программами).

При этом, в качестве задатчиков используются рукоятки управления тремя механизмами крана (подъём, поворот, стрела), связанные с потенциометрами, в качестве датчиков – большое количество чувствительных элементов, измеряющих вес груза, давление в системе гидравлики величину тока, определяющих положение рабочих органов перечисленных механизмов и многое другое.

studfiles.net

1 Дайте определение электропривода.

Электропривод – это электромеханическая система, состоящая из устройства преобразования (ПрУ), эл. Машины (ЭМ), передаточного устройства (ПУ), устройства управления и защиты (УУ) и рабочих органов технологической машины (РОТМ). Источником энергии эл.привода является электрическая сеть.

Электрический привод (сокращённо — электропривод) — это электромеханическая система для приведения в движение исполнительных механизмов рабочих машин и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса.

Электропривод – это электромеханическая система, состоящая, в общем случае, из взаимодействующих преобразователей электроэнергии, электромеханических и механических преобразователей, управляющих и информационных устройств и устройств сопряжения с внешними электрическими, механическими, управляющими и информационными системами, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением в целях осуществления технологического процесс.

2 Дайте определение электропривода в виде структурной схемы.

1) Взаимная связь элементов, входящих в состав электропривода в общем виде представлена на рис. 1.1 в виде структурной схемы.

ИЭ – источник энергии, ЭП – эл.преобразователь, ЭМП – электромех-ий преобраз-ль, МП –мех-ий преобраз-ль, РО – рабочий орган, РМ – рабочий механизм, СУТП – система управления технолог-им процессом, УУ – управляющее устройство, Д- датчики, ТП – технолог-ий процесс.

2) Источником энергии эл.привода является электрическая сеть.

Эл.сеть ПрУ ЭМ ПУ РОТМ

УУ

ПрУ – устойство, кот. согласует напр.сети и эл.машины

ПУ – механич.система,кот. Согласует параметры эл.машины с технол.машины

3)

1-электрическая сеть, 2-преобразовательное устройство(тр-р, преобраз.), 3-ЭД. 4-передаточное устройство(редуктор), 5-рабочий орган, 6-устройство управления.

ИЛИ

Основным элементом любого электропривода 6 служит электрический двигатель 1, который вырабатывает механическую энергию (МЭ) за счет потребляемой электрической энергии, т.е. является электромеханическим преобразователем энергии. От электродвигателя механическая энергия через передаточное устройство 9 (механическое, гидравлическое, электромагнитное) подается на исполнительный орган 7 рабочей машины 8, за счет чего тот совершает требуемое механическое движение. Функция передаточного устройства заключается в согласовании параметров движения электродвигателя и исполнительного органа

3 Дайте определение группового электропривода.

1) Групповым электроприводом называется такой привод, в котором от одного электродвигателя с помощью одной или нескольких трансмиссий движение передается группе рабочих машин.

2) Кинематическая цепь в таком приводе сложна и громоздка, а сам электропривод является неэкономичным, усложняется его эксплуатация и автоматизация технологических процессов. Вследствие этого трансмиссионный электропривод в настоящее время почти не применяется, он уступил место индивидуальному и взаимосвязанному.

Групповой электропривод состоит из одного электрического двигателя, который через трансмиссию и контрпривод приводит в движение несколько исполнительных механизмов. Контрпривод представляет собой короткий вал, лежащий в подшипниках. На валу расположены ступенчатый шкив, рабочий (связанный с валом) и холостой (свободно сидящий на валу) шкивы. Контрпривод дает возможность изменять скорость вращения станка (при помощи ступенчатого шкива), останавливать и пускать станок (при помощи рабочего или холостого шкива). Остановка приводного двигателя приводит к прекращению работы всех исполнительных механизмов, получающих от него механическую энергию. При работе только части исполнительных механизмов групповой привод имеет низкий КПД.

Эл. Сеть

ПрУ

УУ ЭМ

ПУ1 ПУ2 … ПУn

РОТМ1 РОТМ2 … РОТМn

studfiles.net

5.3. Электропривод с электрическим валом

В ряде случаев между отдельными механиз­мами одного и того же агрегата, требующими согласован­ного движения и расположенными на значительном рас­стоянии, трудно осуществить механическую связь из-за необходимости увеличения диаметра и длины соединитель­ных валов, возрастания числа опорных подшипников и т. д. При передаче значительных вращающих моментов и большой длине вала может возникнуть недопустимое скручивание вала. Иногда конструктивно производствен­ный механизм такой, что механическая передача движения его рабочим органам становится практически невозможной.

Взамен громоздкой механической передачи может быть использована электрическая передача для согласованного вращения отдельных механизмов, которую называют для простоты электрическим валом. Помимо упрощения кине­матической схемы механизма электрический вал обычно дает возможность увеличить его угловую скорость, так как при этом снимаются ограничения, обусловленные механическим резонансом, и, кроме того, упрощается управление механизмом.

Электрический вал находит применение для привода таких механизмов, как разводные мосты, затворы шлю-зов, мостовые краны, крупные токарные станки и т. п.

Система электрического вала наиболее проста, когда синхронный двигатель через питающую сеть присоединя­ется к синхронному генератору. Согласованное вращение между синхронным генератором и синхронным двигателем выполняется независимо от расстояния между ними. Два или несколько синхронных двигателей, предназначенных для привода одного механизма и получающих питание от общей сети переменного тока, вращаются с равными или жестко согласованными скоростями, не будучи меха-

нически связанными.В обоих случаях имеет место осуще­ствление электрического вала. Однако такая, хотя и про­стая система электрического вала, не нашла практического применения вследствие того, что в переходных режимах, в частности при асинхронном пуске, возникают существен­ные рассогласования в угловых скоростях и положении валов отдельных двигателей, поэтому в системах электрического вала наибольшее распространение нашли асин­хронные машины. Можно выделить три основные схемы: 1) с уравнительными машинами, или уравнительный элек­трический вал; 2) с основными рабочими машинами и об­щими резисторами — рабочий электрический вал; 3) с асин­хронным преобразователем частоты — дистанционный элек­трический вал.

Рис. 5.11. Принципиальная схема электрического вала с уравнитель-ными асинхронными машинами.

Система электрического вала с уравнительными асин­хронными машинами. Принципиальная схема электриче­ского вала с уравнительными асинхронными машинами приведена на рис. 5.11. Каждый элемент привода состоит из основного (рабочего) двигателя M1 (M2) (двигатель может быть любым в том числе и не электрическим), меха­нически связанного с производственным механизмом ПМ1 (ПМ2), а также со вспомогательной уравнительной маши­ной ВM1 (ВМ2).

Уравнительные машины — это обычные асинхронные двигатели с фазным ротором с одинаковыми числом фаз, напряжением, обмотками и числом полюсов; статорные обмотки их параллельно присоединяются к сети перемен­ного тока, роторные соединяются между собой. В обеих уравнительных машинах от сети наводятся одинаковые магнитные поля с равными частотами, временным и про­странственным расположением. При одинаковом относи­тельном положении обмоток статора и ротора (и одинако­вом скольжении) в обмотках ротора будут наводиться

равные по амплитуде ЭДС, совпадающие по фазе( =0):

— ЭДС ротора при его непод­вижном состоянии (s — скольжение). Если встречно вклю­чить роторные обмотки, то при =0 ток в них проте­кать не будет; каждая из машин будет потреблять из сети только ток намагничивания (рис. 5.12, а). Поворот ротора одной из машин на определенный угол б вызовет под влиянием разности ЭДС ΔЁ2 уравнительный ток I2 (рис. 5.12, б), который, взаимодействуя с магнитными полями

Рис. 5.12. Векторные диаграммы электрического вала с уравнитель­ными машинами.

статора одной и другой машин, создаст вращающие мо­менты, стремящиеся повернуть ротор в исходное поло­жение.

Уравнительный ток, а следовательно, и момент при данном угле сдвига роторов зависит от угловой скорости машин, уменьшаясь с ее возрастанием или уменьшением скольжения; при скольжении s=0 ΔE2 = 0 и момент равен 0. Для определения уравнительного тока и вращаю­щих моментов, развиваемых машинами, воспользуемся схемой замещения для роторных цепей, приведенной на рис. 5.13.

Согласно схеме замещения

(5.9)

или

(5.10)

Активная составляющая тока I2 равна:

(5.11)

- активная составляю-

щая тока ротора асинхронного двигателя в нормальной (обычной) схеме включения; sk≈ Rz/xz — критическое скольжение асинхронного двигателя при R1 = 0 и х1 = 0.

Рис. 5.13. Схема замещения роторных цепей электрического вала с уравнительными машинами.

Так как момент асинхронной машины пропорционален активной составляющей тока ротора, то момент первой вспомогательной (уравнительной) машины равен:

(5.13)

Аналогиччо можно показать, что момент, развиваемый второй уравнительной машиной:

(5.14)

где М = 2Mk /(sk/s + s/sk) — момент асинхронной ма­шины в нормальной схеме включения.

Уравнения (5.13) и (5.14) показывают, что моменты уравнительных машин содержат две составляющие:

пропорциональную sin  — это синхронизирующий мо-

мент:

(5.15)

знак «—» относится к синхронизирующему моменту пер­вой машины, «+» — ко второй; асинхронная составляющая (5.16)

Синхронизирующий момент поддерживает согласован-ное вращение, действуя на обе уравнительные машины одинаково, но с противоположными знаками, поэтому разность этих моментов определяет уравнивающее действие системы. Таким образом, уравнительный или синхрони­зирующий момент системы равен:

(5.17)

Наибольшее значение синхронизирующего момента системы имеет место при  = 90 и равно :

(5.18)

Из (5.18) следует, что максимум синхронизирующего момента зависит от скольжения уравнительных машин, стремясь к предельному значению, равному 2МК (рис. 5.14).

Рис. 5.14. Зависимость синхро- Рис. 5.15. Характеристика момен низирующего момента от сколь- тов электрического вала с уравни- жения. тельными машинами в относитель-

ных единицах.

Очевидно, что при малых скольжениях, когда малы абсо-лютные значения ЭДС роторов, малы и уравнительные моменты. Поэтому практически с целью увеличения урав­нительного момента машин необходимо вращать машины против направления вращения поля статора; в этом слу­чае скольжение будет выше 1.

Асинхронный момент действует в направлении враще­ния вала, вызывая ускорение обоих его элементов.

Характеристика уравнительного момента электриче-ского вала в относительных единицах Му*= МУ/МК = f () показана на рис. 5.15; там же приведены составляющие Мсин* и Масин*. Одна из уравнительных машин, как это видно из (5.14), развивает положительный момент, т.е.

работает в двигательном режиме, тогда как другая раз­вивает отрицательный момент, работая в генераторном режиме (5.13). Очевидно, что

Синхронизирующий момент поддерживает согласованное вращение за счет передачи вращающего момента от одной машины к другой. При идеальных уравнительных машинах, у которых сопротивление роторов равно 0, развивались бы только синхронизирующие моменты. Практически же ма­шины обладают активными сопротивлениями, в роторной цепи возникают потери и создаются асинхронные моменты. На рис. 5.16, а, б приведены энергетические диаграммы электрического вала при s = 0,5 без учета потерь и с уче­том потерь.

Рис. 5.16. Энергетические диаграммы электрического вала с уравни­тельными машинами при s = 0,5 без потерь (а) и с потерями (б).

В электрическом вале без учета потерь (рис. 5.16, а) электромагнитная мощность передается через соединитель­ные провода статоров; поступающая в ротор одной машины электромагнитная мощность Р12 частично передается на вал, другая часть в виде мощности скольжения Ps пере­дается через контактные кольца от одной машины к дру­гой. Мощность, потребляемая из сети, равна 0. Аналогич­ное распределение мощности наблюдается в реальном электрическом вале, отличающемся наличием потерь в ма-шинах, которые покрываются потреблением энергии из сети.

На диаграммах Р11 и Р12 — мощности, потребляемые статорами первой и второй машины; МВ,M1 , МВ,M2 — мо­менты, развиваемые первой и второй уравнительными машинами; ΔР11 , Δ Р12 — потери мощности в статорах; Рмех1, Рмех2 — механическая мощность каждой из машин.

Большая часть мощности циркулирует в цепи статоров машин. Расхождение в значениях электромагнитных мо­ментов машин (рис. 5.16, б) вызвано потерями в роторе. Чем больше эти потери, тем больше разность моментов машин.

При вращении роторов против поля (s > 1) подведен­ная с вала к первой машине мощность PMex1 складывается с мощностью, потребляемой со стороны статора, и пере­дается через роторную цепь другой машине (рис. 5.17), т. е. при s > 1 первая машина работает в тормозном ре­жиме (режим торможения противовключением), потребляя мощность из сети и с вала; вторая машина частично гене­рирует энергию в сеть и, кроме того, развивает двигатель­ный момент.

Рис. 5.17. Энергетиче­ские диаграммы элек­трического вала с урав­нительными машинами при вращении роторов против поля.

При вращении машин против поля изменяются знаки электромагнитной мощности и мощности скольжения; урав­нительный поток мощности в роторной цепи значительно больше, чем в случае вращения машин по полю, что объяс­няется большими вторичными ЭДС, пропорциональными скольжению; этим обусловлено большое значение уравни­тельного момента, что является достоинством этого режима. Направление механической мощности не изменяется с пе­реходом от s < 1 к s > 1.

Другим достоинством по сравнению с вращением по полю является уменьшение угла рассогласования валов при одном и том же расхождении в нагрузках отдельных элементов системы.

Недостатком вращения машин против поля являются повышенные потери в стали ротора из-за увеличенной частоты тока ротора.

Нормальная работа электрического вала требует соблю­дения следующих условий:

1) сумма всех действующих в каждом элементе системымоментов должна быть равна нулю, т. е.

(5.19)

где МД1(2) — момент, развиваемый рабочим двигателем; МС1(2) — статический момент на валу рабочего двигателя; МВ,М1(2) — уравнительный момент;

  1. система должна быть статически устойчива, т. е. при небольшом нарушении равновесия вращающие моменты после устранения возмущающего воздействия должны вы­ звать замедление или ускорение привода, направленное к установлению равновесия;

  2. система должна блть динамически устойчива, т. е. отвечать известным критериям устойчивости, удовлетворять необходимым требованиям качества переходного процесса: обладать допустимыми максимумом амплитуды угла рас­- согласования и соответственно уравнительного момента и

временем переходного про­цесса.

Рис. 5.18. Принципиальная схе­ма рабочего электрического вала с регулируемыми резисторами.

В рассмотренной систе­ме электрического вала уравнительные машины могут развивать асинхрон­ный момент только при

 ≠ 0 и различных нагрузках на валах отдельных эле­ментов системы; основной ее особенностью является обра­зование синхронизирующего момента, обеспечивающего согласованное вращение.

Схема с основными рабочими машинами и общими резисторами — рабочий электрический вал. Вместо двух уравнительных машин возникла идея создания такой си­стемы, в которой одна и та же машина выполняла бы за­дачу приводного двигателя и синхронизирующего уст­ройства. Такой является система электрического вала, состоящая из двух (или нескольких) одинаковых асинхрон­ных машин с фазными роторами, статорные цепи которых

подключены параллельно к питающей сети, а роторные обмотки соединены встречно и параллельно этим соеди-нениям включены во все три фазы регулируемые рези­сторы (рис. 5.18). Иногда эту систему называют рабо­чим электрическим валом потому, что в ней одна и та же машина выполняет рабочую и синхронизирующую функ­ции.

Влияние регулируемых добавочных резисторов весьма существенно; при Rдоб = 0 электрический вал превраща­ется в обычные, независимо работающие асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Если Rдоб = , электрические машины работают в режиме сельсинной передачи угла.

Рис. 5.19. Упрощенная схема замещения рабочего электрического вала.

Рассмотрим свойства этой системы, когдаRдоб > 0, воспользовавшись упрощенной схемой замещения, приве­денной на рис. 5.19. На основании схемы замещения состав­ляем систему уравнений:

(5.20)

После несложных преобразований получим уравнениядля токов в роторе первой и второй машин:

(5.21)

(5.22)

Пользуясь (5.21) и (5.22), определяем моменты машин электрического вала аналогично тому, как это было сде-

дано для системы с уравнительными машинами:

(5.23)

(5.24)

где sk’ = sk (R2 + 2Rдоб)/R2

Из (5.23) и (5.24) следует, что моменты, развиваемые первой и второй машинами, представляются суммой двух составляющих, где первая — асинхронная:

(5.25)

а вторая — синхронизирующая составляющая:

(5.26)

По сравнению с электрическим валом с уравнительнымимашинами здесь прибавляется составляющая асинхрон­ного момента, равная:

(5.27)

Анализ выражений (5.25) и (5.26) показывает, что при  = 0 обе машины развивают одинаковые моменты, рав-

ные:

(5.28)

т. е. каждый из двигателей работает в асинхронном режиме с добавочным сопротивлением в роторной цепи, равным 2Rдo6. При этом синхронизирующий момент равен 0.

Если нагрузки на валах машин окажутся разными, то уравнительный момент будет разгружать машину с боль-щей нагрузкой и подгружать менее нагруженную машину. При этом нагрузки на обеих машинах окажутся равными, а угловые скорости одинаковыми, но появится угол рас­согласования в положении роторов двигателей.

Условием установившегося режима работы является равновесие приводных и нагрузочных моментов, при этом ни одна из машин не испытывает ускорения или замед­ления.

Максимальный угол рассогласования для рабочего вала составляет 90°. Это означает, что рабочий электрический вал, так же как и электрический вал с уравнительными

Рис. 5.20. Кривые зависимо­стей моментов от скольже­ния рабочего электрического вала при изменении сопро­тивления резисторов Rдоб

машинами, можно нагружать выше критического момента машины электрического вала, работающей в генераторном режиме, со статически устойчивой передачей уравнитель­ных моментов. В этом случае нагрузочный момент не дол­жен быть ниже определенного минимального значения.

Возможность использования рабочего электрического вала видна из рис. 5.20, а, б, где для ряда значений х = = R2/ (R2 + 2Rдоб) показаны кривые зависимости момен­тов от скольжения. Все вращающиеся моменты отнесены к максимальному моменту Мк машин электрического вала.

Характеристики асинхронных моментов при симметрич­ной нагрузке показаны на рис. 5.20, а. Электрический вал с уравнительными машинами в этом случае никакого момента не развивает (x = 0). При х = 1 роторы непо­средственно замкнуты накоротко (Rдоб = 0) и машины рабочего электрического вала работают как обычные ма­шины с короткозамкнутым ротором с малой нагрузкой. Соответствующим выбором сопротивления резисторов мож­но устанавливать любые промежуточные значения момен­тов, причем следует учитывать также и требуемые урав­нительные моменты.

Характеристики передаваемых уравнительных моментов показаны на рис. 5.20, б. Наибольшие уравнительные моменты имеет уравнительный вал (при х = 0), а при х = 1 никакие уравнительные моменты в рабочем элек­трическом вале передаваться не могут. На рис. 5.20, б ΔМтах — разность моментов нагрузок, передаваемых при этом режиме работы:

ΔMmax =| M2 –M1 |-90º

В практически важном диапазоне скольжений (от s = 0,1 приблизительно до s = 0,3) при уменьшении со­противления резисторов Rдоб уравнительный момент сна­чала снижается лишь незначительно, хотя уже и созда­ются значительные моменты. Эта особенность весьма бла­гоприятствует обеспечению необходимых моментов на рабочих механизмах.

Минимальный нагрузочный момент каждого двигателя электрического вала приведен на рис. 5.20, в; для под­держания статически устойчивой работы его значения не должны быть ниже указанных.

Когда на обоих валах моменты инерции равны, условия работы аналогичны электрическому валу с уравнительными машинами. Статическая устойчивость в случае сильно различающихся моментов инерции для уравнительных моментов определяется исключительно нагрузкой машин с малым моментом инерции. Этот привод может нагружаться максимально вплоть до его критического момента. За этим пределом статически устойчивая работа невозможна.

На рис. 5.21 даны предельные кривые θ для различ­ных значений x в зависимости от относительного сколь­жения. Из них видно, что при малых скольжениях отри­цательные углы рассогласования могут быть большими, а положительные — только малыми.

Рабочий электрический вал может применяться лишь при небольшой разнице статических моментов, прило­женных к разным валам. Кроме того, из-за наличия по­стоянно включенных резисторов КПД этого вала оказы­вается низким и ухудшается-использование машин.

Дистанционный электрический вал. Для обеспечения согласованной работы вспомогательного привода с глав­ным приводом приобрел особо важное значение дистанцион­ный электрический вал. Например, для точного нарезания резьбы в токарных станках часто требуется, чтобы скорость

Рис. 5.21. Предельные кривые 0 для различных значений х в зависимости от относительного скольжения для рабочего элект­рического вала.

Рис. 5.22. Принципиальная схе­ма дистанционного электричес­кого вала.

подачи резца (суппорта) находилась в постоянном соот­ветствии с угловой скоростью главного привода, вращаю­щего обрабатываемую деталь. Так как мощности главного привода и привода суппорта сильно различаются, то вся необходимая для перемещения суппорта мощность переда­ется через дистанционный электрический вал.

На рис. 5.22 представлена схема дистанционного элек­трического вала. Одна из машин M1 вала — датчик Д — соединена с главным приводным двигателем ДГ, а дру­гая М2 — приемник П1 — соединена с производственным механизмом (МС2). К одному датчику могут быть при­соединены два приемника и больше с различными нагруз­ками. Здесь в противоположность уравнительному валу направление потока энергии неизменно. Датчик получает

необходимую мощность в основном от главного привода. Приемник как двигатель вращает нагрузку Мс2. Датчик работает в режиме асинхронного преобразователя частоты, а приемник как машина двойного питания — в синхрон­ном режиме.

По сравнению с уравнительным валом менее благопри­ятной для дистанционного вала является работа в направ­лении против вращающегося поля. Приемник под нагруз­кой стремится снизить свою скорость. Вследствие этого возникает угловой сдвиг в направлении вращения поля, так как направление вращения вала противоположно

Рис, 5.23. Зависимость синхронизирующего (вращающего) момента ма­шины-приемника от угла рассогласования для различных относитель­ных скольжений в системе дистанционного электрического вала.

направлению вращения поля. Угол рассогласования прием­ника при этом положительный, а максимальный синхро­низирующий момент — относительно низкий (рис. 5.23). На рис. 5.24, а, б показаны соотношение знаков и обра­зование момента машины — приемника из синхронной и асинхронной составляющих для обоих режимов работы. Из рис. 5.23 и 5.24 следует, что работа в направлении вра­щения поля является благоприятной (рис. 5.24, а), так как вращающий момент приемника при отрицательных углах б больше (см. рис. 5.23). Для машин большой мощ­ности может быть рекомендована также и работа в направ­лении против вращающегося поля (рис. 5.24, б).

Вращающий момент приемника дистанционного элек-

трического вала :

(5.29)

где М = 2Мк /(sk /s + s/sk ); причем угол  должен в соот-

ветствии с направлением вращения относительно поля

выбираться либо положительным, либо отрицательным (для 0 < s < 1 угол  < 0 и для s > 1 угол  > 0).

Устойчивая работа дистанционного электрического вала обеспечивается в диапазоне моментов вплоть до максималь­ного момента. Максимально допустимый угол рассогласо-вания в статике определяется из условия

(5.30)

иравен :

(5.31)

На рис. 5.25 показана зависимость С от относитель­ного скольжения s/sk. Кривые 1 и 2 соответствуют работе в направлении вращающегося поля и против.

Рис. 5.24. Соотношение знаков и образование момента приемника из синхронной и асинхронной составляющих при работе в направле­нии (а) и против (б) вращающегося поля.

Приемник не может отдавать вращающий момент боль­ший, чем возникающий при С. Следовательно, максималь­ная нагрузка на приемнике равна:

(5.32)

Можно вывести критерий для выбора машин электри­ческого вала, если в (5.32) подставить максимально допу­стимый угол рассогласования из (5.31):

(5.33)

Отрицательный знак перед корнем справедлив для положительного угла θ, т. е. для работы в направлении против вращения поля, а положительный знак — при ра­боте машин электрического вала в направлении вращения поля.

Кривые на рис. 5.26, построенные по (5.33), наглядно показывают благоприятные свойства дистанционного элек­трического вала при работе в направлении вращения поля (кривая 1). Кривая 2 соответствует работе вала в направ­лении против вращения поля.

Рис. 5.25. Зависимость угла ста­тической устойчивости от отно­сительного скольжения для ди­станционного электрического вала.

Недостатком рассмотренной системы является рассо­гласование валов упомянутых приводов по углу (или по пути), возрастающее с увеличением нагрузки. Это рассо­гласование — органическое свойство обычной системы элек­трического вала, так как момент, развиваемый приемни­ком, возникает только в результате рассогласования и пропорционален синусу угла рассогласования.

Из рис. 5.27 видно, что угол рассогласования θ1 (кри­вая 1) возникает при статическом моменте Мс; если момент нагрузки меняется относительно заданного значения МС, то соответственно изменяется и угол θ1, определяющий погрешность системы. Уменьшение погрешности может быть достигнуто за счет увеличения мощности машин электрического вала. Так, кривая 2 на рис. 5.27 относится к более мощной системе; при том же статическом моменте Мспогрешность обусловлена меньшим углом θ2. Однако чрез­мерное увеличение габаритов машин неприемлемо, поэтому с целью повышения точности согласования по пути при­меняются следящие системы, в которых используются

машины постоянного тока и сельсинные датчики угла рассогласования валов. Эти системы отличаются некоторой сложностью.

Следящая система на переменном токе, в основу кото­рой положена рассмотренная выше схема дистанционного электрического вала, приведена на рис. 5.28. Здесь валы датчика M1 и приемника М2 соединены соответственно с сельсинами С1 и С2, статорные цепи которых присоеди­нены к источнику переменного тока, а роторные обмотки

Рис. 5.27, Зависимость мо­мента от угла рассогласова­ния для различных мощно­стей электрического вала.

Рис. 5.26. Необходимое ми­нимальное значение макси» мального момента двигате­лей дистанционного элект­рического вала при работе в направлении вращения по­ля (1) и против вращения поля (2).

включены встречно. Отличительной особенностью этой системы электрического вала, в которой, как видно из схемы, электрически соединены машины M1 и М2, явля­ется применение машины-датчика M1 с поворотным ста­тором. Поворот статора осуществляется при помощи испол­нительного двигателя МЗ малой мощности через редуктор Р с большим передаточным отношением. Двигатель МЗ пита­ется от преобразовательного устройства ПУ, управляемого промежуточным усилителем У.

Если после предварительной синхронизации до пуска системы имеет место рассогласование в положении роторов датчика M1 и приемника М2, например обусловленное моментом трения, то при включенных статорных обмотках

сельсинов С1 и С2 вследствие рассогласования их роторов (соответственно упомянутому рассогласованию роторов дат­чика и приемника) на выходе сельсинов возникает ЭДС, равная геометрической разности сдвинутых ЭДС С1 и С2. На вход усилителя У будет подан сигнал, в результате действия которого сработает исполнительный двигатель МЗ и статор датчика М2 повернется на такой угол, при кото­ром практически устраняется рассогласование в положе­нии роторов машин M1 и М2 вследствие поворота вала приемника M1 под действием возникшего синхронизирую­щего момента. Статор датчика повернется на угол, соот­ветствующий тому рассогласованию, которое имело место до начала действия следящей системы.

Рис. 5.28. Следящая система на переменном токе на основе дистанцион­ного электрического вала.

Затем, как обычно, производится пуск главного дви­гателя и за ним согласованно следует синхронно-следящая система электрического вала. В динамическом режиме, так же как и в статике, действие системы направлено к автоматическому устранению рассогласования в положе­нии валов электрического привода за счет перенесения этого рассогласования в положение статоров. Очевидно, что такая система может обеспечить более высокую точность отработки, чем обычная система электрического вала.

Установка роторов машин электрического вала в оди­наковое угловое положение и осуществление предусмо­тренных для согласованного вращения соединений между обмотками машин и сетью производится с помощью син­хронизации. Необходимо следить за тем, чтобы вращаю-

щиеся поля соединенных. между собой машин имели оди­наковое направление вращения.

Схема, которая надежно исключает погрешности при синхронизации, изображена на рис. 5.29. Здесь весь про­цесс синхронизации происходит в три ступени (K1, K2, КЗ). На рис. 5.30 показано пространственное положение глав­ного потока в машинах электрического вала на различных ступенях включения схемы синхронизации.

Синхронизация в три ступени не всегда является обя­зательной. В установках, к которым не предъявляются высокие требования и синхронизация требуется редко, иногда считается допустимой случайная погрешность син­хронизации, и синхронизацию можно производить в две ступени (первая и третья или вторая и третья по рис. 5.29 и 5.30).

Моменты трения и нагру­зочные моменты действуют навстречу соответствующим направлениям вращательного

Рис. 5.29. Схема предварительной трехступенчатой синхронизации ма­шин электрического вала.

движения и оказывают поэтому демпфирующее воздействие на возникающие уравнительные колебания. В отдельных случаях, когда механическое демпфирование недостаточно, для сокращения времени, протекающего между отдель­ными ступенями синхронизации, в соединение роторов включают резисторы с относительно большим демпфирую­щим сопротивлением, которые при последнем переключении на трехфазное присоединение машин вала к сети шунти­руются и таким образом не могут влиять на работу вала. Обычная выдержка времени между ступенями переклю­чения при синхронизации составляет несколько секунд.

Иногда возникает необходимость пуска и синхрониза­ции машины приемника дистанционного электрического вала при уже вращающемся датчике. Наиболее надежная возможность пуска машины-приемника дистанционного электрического вала до угловой скорости, одинаковой с угловой скоростью машины-датчика, и последующей синхронизации приемника обеспечивается при возбужде-

иии машин вала постоянным током по схеме рис. 5.31, При вращающемся главном двигателе ДГ и датчике M1

Рис. 5.30. Пространственное положение главного потока в машинах электрического вала на различных ступенях включения схемы синх­ронизации на рис. 5.29.

замыкаются контакты К1 и К2'. Машина М2 получает питание со стороны ротора от машины-датчика M1, рабо-

тающей как синхронный генератор с возбуждением постоянным током со сто­роны статора. Две фазы обмотки статора М2 замк­нуты накоротко. Машина-приемник М2 разгоняется почти до угловой скорости

Рис. 5.31. Схема синхронизации машины-приемника дистанцион­ного электрического вала при возбуждении постоянным током в случае вращающегося дат­чика.

датчика как обычный асинхронный двигатель. После переключения контактора К2 машина М2 получает воз­буждение постоянным током и как синхронная машина

входит в синхронизм с машиной-датчиком M1. После этого воздействием на контактор КЗ на обе машины вала подается трехфазное питание и они переходят в режим работы дистанционного электрического вала.

ГЛАВА ШЕСТАЯ

АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИИ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ И МОМЕНТА ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

studfiles.net


Каталог товаров
    .