СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЭЛЕКТРОПРИВОДА


СОДЕРЖАНИЕ:

Ответы на экзаменационные вопросы № 1-57 по дисциплине «Электропривод» (Электропривод, структурная схема, составные части. Расчет мощности и выбор типа двигателя)

Страницы работы

Содержание работы

Электроприводом называется электромеханическая система, предназначенная для преобразования электрической энергии в механическую энергию вращательного либо поступательного движения исполнительного органа (ИО) рабочей машины (РМ) и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса.

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

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

Структурная схема электропривода приведена на рис. 1.

На рисунке 1 ИЭЭ – источник электрической энергии.

Составные части ЭП:

1) Электрический двигатель ЭД;

2) Силовой преобразователь П, предназначенный для преобразования напряжения сети в напряжение другой величины и (или) частоты.
На практике используются электромашинные преобразователи, управляемые выпрямители, преобразователи частоты, коммутаторы напряжения. В простейшем ЭП силовой преобразователь может отсутствовать. В этом случае электродвигатель получает энергию непосредственно от сети.

3) Механическое передаточное устройство МПУ, предназначенное для передачи механической энергии от двигателя к рабочему механизму;

Виды МПУ: редуктор, винт — гайка, барабан — трос, ременная передача, зубчато-реечная передача, кривошипно-шатунный механизм, электромагнитные муфты.

4) Управляющее устройство, предназначенное для формирования управляющих воздействий в электроприводе. В качестве такового используются релейные схемы управления, регуляторы, микропроцессорные средства управления.

5) Датчики обратных связей по регулируемым координатам или возмущениям.

б) по виду движения
1. Эп вращательного движения – обеспечивает вращательное движение исполнительного органа рабочей машины;
2. ЭП поступательного движения — обеспечивает поступательное линейное движение исполнительного органа рабочей машины;
3. ЭП возвратно-поступательного (вибрационного) движения — обеспечивает возвратно-поступательное (вибрационное) движение исполнительного органа рабочего механизма;
4.ЭП непрерывного движения — обеспечивает непрерывное движение исполнительного органа рабочей машины;
5. ЭП дискретного движения — обеспечивает дискретное перемещение исполнительного органа рабочей машины;
6. Реверсивный ЭП – обеспечивает движение исполнительного органа рабочей машины в любом из двух противоположных направлений;
7. Нереверсивный ЭП — обеспечивает движение исполнительного органа рабочей машины только в одном направлении;
8. Моментный ЭП – обеспечивает заданный момент или усилие на исполнительном органе рабочей машины.

в) по наличию и характеру передаточного устройства
1. Редукторный ЭП – в котором передача механической энергии от двигателя к исполнительному органу рабочей машины осуществляется посредством редуктора;
2. Безредукторный ЭП — в котором передача механической энергии от двигателя к исполнительному органу рабочей машины осуществляется либо непосредственно, либо через передаточное устройство, не содержащее редуктор.
г) по степени важности выполняемых операций
1. Главный ЭП — обеспечивает движение двигателя к исполнительному органу рабочей машины, выполняющего главную технологическую операцию;
2. Вспомогательный ЭП — обеспечивает движение исполнительного органа рабочей машины, выполняющего вспомогательную технологическую операцию.
д) по роду тока
1. ЭП постоянного тока;
2. ЭП переменного тока.
е) по виду силового преобразователя
1. ЭП с электромашинным преобразователем;
2. ЭП с полупроводниковыми преобразователями. Последние, в свою очередь, делят на транзисторные преобразователи и тиристорные преобразователи.
ж) по виду электрического двигателя
1. ЭП с двигателем постоянного тока;
2. Асинхронный ЭП;
3. Синхронный ЭП;
4. ЭП с шаговыми двигателями.

з) по степени управляемости движения
1. Нерегулируемый ЭП – параметры движения исполнительного органа рабочей машины изменяются только из-за возмущающих воздействий. В качестве нерегулируемых используются электроприводы с асинхронными короткозамкнутыми двигателями и релейно-контакторными устройствами пуска и торможения;
2. Регулируемый ЭП — параметры движения исполнительного органа рабочего механизма могут изменяться под воздействием управляющего устройства.
и) по степени автоматизации
1. Неавтоматизированный ЭП – в котором все операции управления выполняет человек (оператор);
2. Автоматизированный ЭП — часть операций управления в котором выполняют соответствующие устройства управления без участия оператора;
3. Автоматический ЭП – все операции управления вырабатываются автоматически действующим устройством (регулятором) без участия оператора. Например, ЭП промышленных манипуляторов и роботов.
к) по принципу управления
1. ЭП с разомкнутой системой управления – ЭП, в котором отсутствует обратная связь по регулируемой координате или по возмущению;
2. ЭП с замкнутой системой управления – ЭП, в котором имеется обратная связь по регулируемой координате или по возмущению.
л) по задаче управления
1. Программно-управляемый ЭП – в котором параметры движения исполнительного органа рабочей машины регулируются во времени в соответствии с заданной программой;
2. Следящий ЭП — в котором параметры движения исполнительного органа рабочей машины регулируются во времени в соответствии с произвольно меняющимся сигналом управления;
3. Позиционный ЭП – в котором регулируется положение (угловое или линейное) исполнительного органа рабочей машины;
4. Адаптивный ЭП – автоматически изменяющий структуру и/или параметры системы управления с целью сохранения заданных показателей качества функционирования при изменении условий функционирования (возмущающих воздействий) в широких пределах.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Структурная схема — электропривод

Структурная схема электропривода на рис. 306 отличается от рассмотренной тем, что от преобразователя питается один или несколько синхронных или гистерезисных двигателей. [1]

Структурная схема электропривода ( рис. 4.3) содержит перекрестную связь, обусловленную влиянием ЭДС двигателя, и в таком виде для расчета неудобна. [2]

Структурная схема электропривода по системе Г — Д с суммирующим магнитным усилителем представлена на рис. 2 — 25 а. В схеме обозначены: МУ-магнитный усилитель; fcr, Tr — коэффициент усиления и постоянная времени генератора; КЯ Е и Гя — сопротивление и электромагнитная постоянная якорной цепи; Тм — электромеханическая постоянная электропривода; с — коэффициент ЭДС двигателя; и0 с и иот-напряжения обратных связей по скорости и току якоря. [3]

Структурная схема электропривода , кроме силовых звеньев, содержит системы формирования отпирающих импульсов и фазового управления ими, а также системы регулирования частоты ( скорости) и напряжения. [5]

Структурная схема электропривода на рис. 29 6 отличается от рассмотренной тем, что от преобразователя питается один или несколько синхронных или гистерезисных двигателей. В этом случае для регулирования скорости двигателей с высокой точностью ( до 0 1 %) при любой уставке обратная связь по частоте или скорости не нужна. [7]

Структурная схема электропривода с порошковой муфтой аналогична схеме, показанной на рис. 87, а. [9]

Структурные схемы электропривода определяют основные функциональные части электропривода, их назначение и взаимосвязи. Они разрабатываются при проектировании электропривода на стадиях, предшествующих разработке схем других типов, и используются при анализе и синтезе электромеханической системы электропривода на стадии разработки и для общего ознакомления с электроприводом в условиях эксплуатации. [10]

Структурная схема электропривода ЭТС1 показана на рис. 29.14. В состав электропривода входят преобразователь П, синхронный двигатель М со встроенным комплексным датчиком ПДФ-9 и встроенным тормозом ( или без тормоза), автоматический выключатель AS, токоограничивающий реактор ( Я / и Р2) или силовой трансформатор. [12]

Структурная схема электропривода кроме энергетических звеньев включает в себя системы формирования отпчрающих импульсов и фазового управления ими, а также системы регулирования частоты ( скорости) и напряжения. [13]

При использовании структурных схем электроприводов для синтеза и анализа электромеханической системы внутри прямоугольников, изображающих элементы как линейные динамические звенья, записываются передаточные функции элементов. В нелинейных системах автоматизированных электроприводов часто на структурной схеме изображаются нелинейные характеристики функциональных элементов или их временные характеристики. Они изображаются внутри прямоугольников или на линиях связи. [15]

Курсовая работа: Структурная схема и управление электроприводом

Ульяновский Государственный Технический Университет

Кафедра «Электропривод и автоматика ПУ и ТК»

Теория автоматического управления

Структурная схема и управление электроприводом

Выполнил: ст. гр.Ад-41

Описание задания на курсовую работу

1. Описание САУ переменного тока

2. Статические характеристики САУ переменного тока

2.1 Математическое описание преобразователя частоты (ПЧ) с промежуточным звеном постоянного тока на основе АИН

2.2 Математическое описание асинхронного двигателя при управлении частотой и напряжением статора

2.3 Статические характеристики САУ на основе АД

2.3.1 Статические характеристики САУ при

2.3.2 Статические характеристики САУ при

2.3.3 Статические характеристики САУ при вентиляторной нагрузке

3. Динамические характеристики САУ переменного тока

4. Анализ устойчивости САУ

4.1 Критерий устойчивости Гурвица

4.2 Критерий устойчивости Найквиста

4.3 Критерий устойчивости Михайлова

4.4 Построение ЛАЧХ и ФЧХ

5. Расчет переходного процесса

7. Список литературы

Описание задания на курсовую работу

Целью данной курсовой работы является получение практических навыков по построению структурной схемы для системы «Управляемый выпрямитель — автономный инвертор напряжения – асинхронный двигатель», и ее дальнейшее упрощение с целью получения передаточной функции по управляющему воздействию (Δxf и Δxu ). Проверка системы автоматического управления с помощью критериев устойчивости. И построение графиков переходного процесса.

САУ переменного тока. Настройка на симметричный оптимум.

Название: Структурная схема и управление электроприводом
Раздел: Рефераты по физике
Тип: курсовая работа Добавлен 20:25:52 14 декабря 2010 Похожие работы
Просмотров: 1019 Комментариев: 13 Оценило: 2 человек Средний балл: 5 Оценка: неизвестно Скачать
Uф.с.м , В nc , об/мин rc , Ом xc , Ом rp ’, Ом xp ’, Ом
220 875 3,6 2,58 5,7 2,63

1. Описание САУ переменного тока

Развитие полупроводниковой преобразовательной техники привело к широкому использованию электроприводов с электродвигателями переменного тока, к созданию новых систем управления этими электродвигателями. По сравнению с системами управления электроприводами постоянного тока системы управления электроприводами переменного тока значительно более разнообразны. В регулируемых электроприводах используются асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым или фазным ротором, синхронные и вентильные электродвигатели. Применяются различные способы регулирования скорости электродвигателя путем изменения: напряжения статора, частоты и напряжения статора, частоты и напряжения ротора, добавочного сопротивления в цепи ротора и др. Используется значительно большее число регулируемых координат, чем в электроприводах постоянного тока. Вместе с тем имеются определенные ограничения в использовании того или иного способа управления и созданной на основе этого способа системы управления электродвигателем. Все эти обстоятельства затрудняют формирование общих подходов к синтезу АСУ ЭП переменного тока в такой степени, как это было сделано в АСУ ЭП постоянного тока.

Управление электродвигателями переменного тока осложнено рядом обстоятельств, наиболее существенными из которых являются следующие: 1) момент электродвигателя определяется произведением двух результирующих векторов электромагнитных параметров статора и ротора и является функцией четырех переменных; 2) имеется сильное взаимодействие намагничивающих сил статора и ротора, взаимное состояние которых непрерывно меняется при вращении ротора; 3) с целью лучшего использования двигателя в различных режимах его работы возникает задача регулирования магнитного потока двигателя.

Электродвигатели переменного тока совместно с управляемыми преобразователями представляют собой сложные многосвязные нелинейные объекты управления. Полное математическое описание таких объектов оказывается довольно громоздким и неприменимым для инженерных методов синтеза систем управления. Вместе с тем в практике построения систем электроприводов, включая и АСУ ЭП переменного тока, получили распространение простые приемы синтеза систем управления, основанные на принципах подчиненного управления и на использовании унифицированных настроек контуров регулирования, входящих в систему управления. Использование этих приемов позволяет не только просто выполнить синтез систем управления, но и создает обоснованную возможность упрощения математического описания электроприводов переменного тока, в частности возможность пренебрежения взаимосвязью ряда координат и параметров электроприводов.

Основная сложность при создании АСУ ЭП переменного тока заключается в создании независимого управления электромагнитным моментом и потоком двигателя. Если это удается выполнить, то АСУ ЭП переменного тока с обратными связями по скорости или по положению выполняются точно так же, как и АСУ ЭП постоянного тока, включая и способы управления пусковыми и тормозными режимами.

При синтезе взаимосвязанных систем управления используются два основных приема, обеспечивающих автономность (независимость) контуров регулирования: а) использование различного рода дополнительных компенсационных связей между локальными контурами регулирования; б) разделение локальных контуров регулирования по быстродействию. Оба этих приема используются при выполнении АСУ ЭП переменного тока, и это дает основание уже на стадии формирования математической модели электропривода делать ряд упрощений.

2. Статические характеристики САУ переменного тока

2.1 Математическое описание преобразователя частоты (ПЧ) с промежуточным звеном постоянного тока на основе АИН

УВ – управляемый выпрямитель, отвечает за напряжение подаваемое на асинхронный двигатель;

АИН – автономный инвертор напряжения, отвечает за частоту подаваемого напряжения на асинхронный двигатель.

Функциональная схема преобразователя частоты

Исходное дифференциальное уравнение

Запишем эти уравнения в операторной форме

Структурная схема ПЧ на основе АИН.

2.2 Математическое описание асинхронного двигателя при управлении частотой и напряжением статора

При исследовании переходных процессов в трехфазных асинхронных электродвигателях целесообразно принять следующие допущения, позволяющие в доступной математической форме выразить соотношения основных параметров и координат электродвигателя:

1) намагничивающие силы обмоток двигателя распределены синусоидально вдоль окружности воздушного зазора;

2) потери встали статора и ротора отсутствуют;

3) обмотки статора и ротора строго симметричны со сдвигом осей обмоток на 120°;

4) насыщение магнитной цепи отсутствует.

Уравнения равновесия напряжений для обмоток трех фаз статора имеют вид

Соответственно для обмоток трех фаз ротора

Где — мгновенные значения фазных напряжений статора и ротора;

— мгновенные значения фазных токов статора и ротора;

— полные потокосцепления фазных обмоток;

R1 , R2 — активные сопротивления обмоток статора и ротора.

Асинхронный электродвигатель представляет собой систему магнитно-связанных обмоток, расположенных на статоре и роторе. При вращении ротора взаимное положение обмоток статора и ротора непрерывно изменяется, соответственно изменяется и взаимная индуктивность между ними. С учетом принятых допущений можно считать, что взаимная индуктивность пропорциональна косинусу текущего угла между осями обмоток ротора и статора.

При математическом описании трехфазных асинхронных двигателей удобно оперировать не мгновенным значениями координат, а их результирующими векторами. Если, например, мгновенные значения токов равны ia , ib , ic , то результирующий вектор тока определяется уравнением:

Где a 0 =e j 0 =1; a=e j 2 π /3 ; a 2 = e j 4 π /3 .

Аналогично определяются результирующие векторы напряжения

Используя выражения результирующих векторов, уравнения (1) можно записать в виде одного дифференциального уравнения в векторной форме. Для этого первое уравнение из (1) умножается на 2/3a 0 , второе на 2/3a, третье на 2/3a 2 . Суммируя полученные произведения, получим

или в векторной форме

Аналогично векторное уравнение напряжений ротора:

В уравнениях (4) и (5) векторы записаны соответственно в системах координат статора и ротора. Для совместного решения уравнений их необходимо привести к одной системе координат.

При исследовании переходных процессов в электродвигателях переменного тока применяют различные ортогональные системы координат, отличающиеся угловой скоростью вращения координатных осей сок, например системы, оси которых неподвижны относительно ротора, или неподвижны относительно статора, или вращаются с синхронной скоростью.

Уравнения асинхронного электродвигателя в системе координат, вращающейся с произвольной скоростью ωк , имеют вид

где ω — угловая скорость вращения ротора; pп — число пар полюсов.

При исследовании переходных процессов в асинхронном электродвигателе, управляемом частотой и напряжением статора, удобно использовать систему координат, вращающуюся со скоростью ωк , равной угловой скорости вращения магнитного поля ω ’, приведенной к числу пар полюсов, равному единице (приведенной к двухполюсному электродвигателю). Предполагается при этом справедливым равенство

где f1 — частота напряжения статора, Гц; ω1 — угловая частота напряжения статора, рад/с.

На основании уравнений (6) для рассматриваемой координатной системы можно записать

где s — скольжение электродвигателя:

= ω ’/pп — угловая скорость вращения магнитного поля, или синхронная скорость электродвигателя).

Потокосцепления связаны с токами через индуктивности

Для определения электромагнитного момента асинхронного электродвигателя используется векторное произведение ψ1 и i1

или векторное произведение ψ2 и i2 ’, тогда

Учитывая выражения (8), можно записать (9) и (10) в виде

Вторые равенства в уравнениях (11), (12) справедливы потому, что векторное произведение двух одинаково направленных векторов равно нулю.

Для полного описания переходных процессов в асинхронном электродвигателе к уравнениям напряжений и моментов следуй добавить уравнение

записанное для скалярных значений моментов М и Мс .

Полученная система уравнений электродвигателя является нелинейной, и решение ее для различных динамических режимов работы электродвигателя может быть выполнено с использованием вычислительных машин. При синтезе систем управления асинхронным электродвигателем целесообразно располагать простыми и наглядными динамическими моделями электродвигателя в виде передаточных функций или структурных схем. Такая возможность появляется, если рассматривать переходные процессы в отклонениях относительно начальных координат электродвигателя.

Сравнительно простая структурная схема может быть получена, если пренебречь активным сопротивлением статорной цепи, т. е. положить R1 =0. Безусловно, что такое пренебрежение накладывает определенные ограничения на использование получаемых моделей. Они вполне применимы для систем с небольшим диапазоном регулирования скорости относительно синхронной скорости, для электродвигателей средней и большой мощности. При широком регулировании скорости, а также для электродвигателей малой мощности необходимы уточнения структурных схем.

Для дальнейших исследований динамических свойств асинхронных ^ электродвигателей целесообразно результирующие векторы представить в виде проекций на комплексной плоскости и записать их через вещественные и мнимые части в следующем виде:

Совместив вектор напряжения статора с действительной осью координатной системы, т. е. положив u1 β =0, на основании (7) получим

Выразив также электромагнитный момент по уравнению (9) через составляющие векторов тока и потокосцепления

и применив правило векторного произведения векторов, получим абсолютное значение момента:

Воспользовавшись выражением (10), можно аналогично получить

Составляющие тока ротора могут быть выражены через составляющие потокосцепления в следующем виде:

где k1 — коэффициент электромагнитной связи статора;

С учетом (8) и (21а) можно выражения моментов записать в форме, удобной для вывода передаточных функций двигателя;

В случае одновременного изменения частоты и напряжения статора, при котором потокосцепление статора остается постоянным, из уравнений (15) и (16) можно получить

Для двигателя с короткозамкнутым ротором в уравнениях (17), (18) . Выразив из уравнений (20) ψ и ψ и подставив их в уравнения (17), (18), получим

Рассматривая переменные величины в приращениях относительно начальных значений , , , , , , получим из (23) — (26) уравнения для статического режима, связывающие начальные значения координат,

и уравнения для динамического режима, связывающие приращения координат:

где — электромагнитная постоянная времени электродвигателя;

На основании уравнений (27)-(33) можно записать передаточную функцию

Выражение в первом слагаемом числителя (34) представляет собой значение фиктивного пускового момента Мп.ф. определяемое в результате линеаризации рабочей части механической характеристики двигателя для принятых значений напряжения статора U и угловой частоты напряжения статора Ω1 :

где — критический момент двигателя.

Момент Мнач во втором слагаемом числителя (34) можно записать с учетом принятых допущений в виде

С учетом (35) и (36) выражение (34) примет следующий вид:

Для рабочей части механической характеристики двигателя можно принять

и тогда передаточную функцию (37) можно записать в упрощенном виде

Представив зависимость скольжения электродвигателя от угловой частоты напряжения статора в приращениях и выполнив линеаризацию при условии, что в рабочей области s 4 , p 3 , p 2 , p 1 , p 0 соответственно.

Рассчитаем данные коэффициенты с помощью MathCad.

4. Анализ устойчивости САУ.

4.1 Критерий устойчивости Гурвица

Вывод: Исходя из критерия устойчивости Гурвица система устойчива.

4.2 Критерий устойчивости Найквиста

4.3 Критерий устойчивости Михайлова

4.4 Построение логарифмических амплитудно- и фазочастотных характеристик

Формулы для расчета ЛАЧХ и ФЧХ.

Запас по фазе равен 85,9

Частота среза равна 15 рад/с

5. Расчет переходного процесса

Для получения графика переходного процесса выполним обратное преобразование Лапласа для функции.

В ходе проделанной курсовой работы я получил практические навыки по построению структурной схемы для системы «Управляемый выпрямитель — автономный инвертор напряжения – асинхронный двигатель». Получил передаточную функцию. Проверил систему автоматического управления на устойчивость с помощью критериев устойчивости (Гурвица, Найквиста, Михайлова).

Построил логарифмические амплитудно- и фазо-частотные характеристики и график переходного процесса.

1. Комплектные электроприводы: Контрольные задания и методические указания для студентов заочного факультета специальности 21.05. / Сост. С.Н. Сидоров – Ульяновск, 1990. – 44с.

2. Управление электроприводами: Учебное пособие для вузов. – Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1982. – 392 с., ил.

3. Настройка комплектного электропривода постоянного тока ЭТУ 3601: сборник лабораторных работ для студентов специальности 21.05./Сост. С.Н. Сидоров. – Ульяновск, 1992. — 28 с.

Diplom Consult.ru

В настоящее время на получение механической энергии в электроприводе расходуется около 80 % электрической энергии, потребляемой в промышленности, или около 60 % всей вырабатываемой электрической энергии. Широкое распространение электропривода связано с такими его преимуществами, как

1. Простота подвода и распределения электрической энергии;

2. Высокая надежность, безопасность и экономичность электрических двигателей;

3. Простота и удобство обслуживания и эксплуатации электрических двигателей, управления, контроля и автоматизации работы электропривода;

4. Широкий выбор типов, конструктивных исполнений и мощностей электрических двигателей;

5. Широкий диапазон регулирования частоты вращения и хорошие регулировочные свойства электрических двигателей;

6. Высокая экологическая чистота производства при использовании электропривода.

Другой весьма распространенный в промышленности тип машин переменного тока — синхронные двигатели – отличаются сложной конструкцией и высокой стоимостью, практически не регулируются, однако обладают высокими экономическими характеристиками и применяются в нерегулируемом электроприводе большой мощности (более 50 – 100 кВт) для привода мощных компрессоров, насосов, вентиляторов, дымососов.

Основными частями синхронной машины являются якорь и индуктор (обмотка возбуждения).

Якорь (обычно расположенный на статоре) представляет собой одну или несколько обмоток переменного тока. В двигателях токи, подаваемые в якорь, создают вращающееся магнитное поле, которое сцепляется с полем индуктора, и таким образом происходит преобразование энергии. Поле якоря оказывает воздействие на поле индуктора и называется поэтому также полем реакции якоря. В генераторах поле реакции якоря создаётся переменными токами, индуцируемыми в обмотке якоря от индуктора.

Индуктор состоит из полюсов — электромагнитов постоянного тока[1] или постоянных магнитов. Индукторы синхронных машин имеют две различные конструкции: явнополюсную или неявнополюсную. Явнополюсная машина отличается тем, что полюса ярко выражены и имеют конструкцию, схожую с полюсами машины постоянного тока. При неявнополюсной конструкции обмотка возбуждения укладывается в пазы сердечника индуктора, весьма похоже на обмотку роторов асинхронных машин с фазным ротором, с той лишь разницей, что между полюсами оставляется место, не заполненное проводниками (так называемый большой зуб). Неявнополюсные конструкции применяются в быстроходных машинах, чтобы уменьшить механическую нагрузку на полюса.

Для уменьшения магнитного сопротивления, то есть для улучшения прохождения магнитного потока применяются ферромагнитные сердечники ротора и статора. В основном они представляют собой шихтованную конструкцию из электротехнической стали (то есть набранную из отдельных листов). Электротехническая сталь обладает рядом интересных свойств. В том числе она имеет повышенное содержание кремния, чтобы повысить её электрическое сопротивление и уменьшить тем самым вихревые токи Фуко.

Принцип действия синхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося переменного магнитного поля якоря и постоянных магнитных полей полюсов индуктора. Обычно якорь расположен на статоре, а индуктор — на роторе. В мощных двигателях в качестве полюсов используются электромагниты (ток на ротор подаётся через скользящий контакт), в маломощных — постоянные магниты. Есть также обращённая конструкция двигателей, где якорь расположен на роторе, а индуктор — на статоре (в устаревших двигателях, а также в современных криогенных синхронных машинах, в которых в обмотках возбуждения используются сверхпроводники.)

Запуск двигателя. Двигатель требует разгона до номинальной скорости вращения, прежде чем сможет работать самостоятельно. При такой скорости вращающееся магнитное поле якоря сцепляется с магнитными полями полюсов индуктора (если индуктор расположен на статоре, то получается, что вращающееся магнитное поле вращающегося якоря (ротора) неподвижно относительно постоянного поля индуктора (статора), если индуктор на роторе, то магнитное поле вращающихся полюсов индуктора (ротора) неподвижно относительно вращающегося магнитного поля якоря (статора)) — это называется «вошёл в синхронизм».

Для разгона обычно используется асинхронный режим, когда обмотки индуктора замыкаются через реостат или накоротко. После выхода на номинальную скорость индуктор запитывают постоянным током от выпрямителя.

В двигателях с постоянными магнитами применяется внешний разгонный двигатель (обычно асинхронный).

Существуют комбинированные варианты, в которых на роторе, вместе с постоянными или электромагнитами, установлены короткозамкнутые обмотки. Иногда на валу ставят небольшой генератор постоянного тока, который питает электромагниты.

Также используется частотный пуск, когда частоту тока якоря постепенно увеличивают от очень малых до номинальных величин.

Возможен и обратный вариант, когда частоту индуктора понижают от номинальной до 0, т.е. до постоянного тока.

Частота вращения ротора [об/мин] остаётся неизменной, жёстко связанной с частотой сети [Гц] соотношением: ,где p— число пар полюсов ротора.

Синхронные двигатели обладают ёмкостной нагрузкой, поэтому их выгодно использовать для компенсации индуктивной нагрузки (повышения коэффициента мощности). Синхронные двигатели применяют там, где нет необходимости частого пуска/остановки и регулирования скорости вращения (например в системах вентиляции).

Обычно синхронные генераторы выполняют с якорем, расположенным на статоре, для удобства отвода электрической энергии. Поскольку мощность возбуждения невелика по сравнению с мощностью, снимаемой с якоря (0,3. 2%), подвод постоянного тока к обмотке возбуждения с помощью двух контактных колец не вызывает особых затруднений. Принцип действия синхронного генератора основан на явлении электромагнитной индукции; при вращении ротора магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, сцепляется поочередно с каждой из фаз обмотки якоря, индуцируя в них ЭДС. В наиболее распространенном случае применения трехфазной распределенной обмотки якоря в каждой из фаз, смещенных друг относительно друга на 120°, индуцируется синусоидальная ЭДС. Соединяя фазы по стандартным схемам «треугольник» или «звезда», на выходе генератора получают трехфазное напряжение, являющееся общепринятым стандартом для магистральных электросетей.

Частота индуцируемой ЭДС [Гц] связана с частотой вращения ротора [об/мин] соотношением: , где p— число пар полюсов ротора.

Часто синхронные генераторы используют вместо коллекторных машин для генерации постоянного тока, подключая их обмотки якоря к трехфазным выпрямителям.

Синхронный компенсатор — синхронная электрическая машина, работающая в режиме электродвигателя без активной нагрузки. Включение синхронного компенсатора эквивалентно присоединению к электрической сети ёмкостной или индуктивной нагрузки (в зависимости от режима синхронного компенсатора); меняя характер нагрузки, регулируют напряжение и повышают коэффициент мощности (cosφ) сети.

Электропривод как система. Структурная схема электропривода

Автоматизированный электропривод, электродвигательное, преобразовательное, передаточное и управляющее устройства электромеханической системы. Общая структура электропривода и ее реализация. Применение электропривода в современных машинах и агрегатах.

Рубрика Физика и энергетика
Вид лекция
Язык русский
Дата добавления 02.04.2020
Размер файла 33,5 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Электропривод как система. Структурная схема электропривода

Автоматизированным электроприводом называется электромеханическая система, состоящая из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств, предназначенных для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением.

В электроприводе основным элементом, непосредственно преобразующим электрическую энергию в механическую, является электрический двигатель, который чаще всего управляется при помощи соответствующих преобразовательных и управляющих устройств с целью формирования статических и динамических характеристик электропривода, отвечающих требованиям производственного механизма. Причем, этому механизму необходимо сообщить не только вращательное или поступательное движение, но, главным образом, обеспечить с помощью автоматизированного электропривода оптимальный режим работы механизма, при котором достигается наибольшая производительность при требуемой точности.

Обобщенная структура электропривода имеет вид:

Рис. 1. Структурная схема электропривода. 1 — электрический источник питания; 2 — преобразовательное устройство; 3 — электродвигательное устройство; 4 — передаточное устройство; 5 — исполнительный орган; 6 — управляющее устройство

Назначение и возможная реализация компонентов электропривода приведены в табл.1

Источник (потребитель) электроэнергии

Трехфазная сеть переменного тока промышленной частоты

Однофазная сеть переменного тока промышленной частоты; сеть переменного тока повышенной частоты; сеть постоянного тока

Преобразование: рода тока (переменного в постоянный и наоборот; характера(источника напряжения в источник тока и наоборот); частоты; числа фаз; уровня напряжения (тока)

Электромашинный агрегат (двигатель-генератор); управляемый выпрямитель на полупроводниковых приборах; преобразователь частоты; тиристорный (транзисторный) коммутатор

Индуктивно-емкостный преобразователь; магнитный усилитель

Преобразование электрической энергии в механическую и наоборот

Трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым и фазным ротором; двигатель постоянного тока (коллекторный) с независимым, последовательным, смешанным возбуждением, с возбуждением от постоянных магнитов

Синхронный и шаговый электродвигатели с электромагнитным возбуждением, с возбуждением от постоянных магнитов, реактивные; линейные электродвигатели различных типов, линейно-поворотные, плоские, сферические

Передача механической энергии от электродвигателя к исполнительному органу, преобразование вида движения, согласование скоростей, моментов, усилий

Редуктор; ремённая передача; электромагнитная муфта

Пара винт-гайка; кривошипно-шатунный механизм

Осуществление производственных и технологических операций (обработка материалов, подъём и перемещение грузов и т.д.)

Шпиндель токарного станка; подвижный стол строгального станка, рабочие валки прокатного стана; крюк, грейфер механизмов подъёма кранов; кабина, клеть или скип подъёмников; рабочее колесо роторных экскаваторов; центрифуга; лента, цепь конвейера

Фреза фрезерного станка; винт нажимного устройства прокатного стана; тележка, мост механизмов передвижения кранов; ковш механизмов напора, тяги и подъёма одноковшовых экскаваторов; крыльчатка насосов и вентиляторов

Управление преобразовательным, электродвигательным и передаточным устройствами

Релейно-контакторные схемы управления; регуляторы; усилители; управляющие электронные машины; микропроцессоры

Командоаппараты; логические схемы управления

В зависимости от способа передачи механической энергии к исполнительным органам рабочих машин и взаимодействия между ними электропривод подразделяется на групповой, индивидуальный, взаимосвязанный, многодвигательный и систему электрического вала.

Групповой электропривод обеспечивает движение исполнительных органов нескольких рабочих машин или нескольких исполнительных органов одной рабочей машины. Передача механической энергии от одного двигателя к нескольким рабочим машинам и её распределение между ними производится с помощью одной или нескольких трансмиссий. Вследствие своего технического несовершенства групповой (трансмиссионный) электропривод в настоящее время почти не применяется.

Индивидуальный привод по сравнению с групповым обладает рядом преимуществ: производственные помещения не загромождаются тяжёлыми трансмиссиями и передаточными устройствами; улучшаются условия работы и повышается производительность труда из-за облегчения управления отдельными механизмами, уменьшения запыленности помещений, лучшего освещения рабочих мест; снижается травматизм обслуживающего персонала. Кроме того, индивидуальный электропривод имеет более высокие энергетические показатели.

Остановка одного электродвигателя вызывает остановку лишь одной рабочей машины. Упрощение или полное исключение механических передач позволяет существенно повысить точность работы машин. Индивидуальный электропривод обеспечивает оптимальный режим работы машины, при котором достигается максимальная производительность.

Примером использования индивидуального привода может служить продольно-фрезерный станок, имеющий отдельные электроприводы главных движений (приводы трех шпиндельных бабок). На том же станке обычно ещё установлены отдельные приводы для перемещения стола с обрабатываемым изделием, быстрого перемещения траверсы, закрепления траверсы и приводы других механизмов. Координация работы отдельных рабочих органов и выполнение ими соответствующих рабочих операций достигается не за счет сложных механических передач, а с помощью электрической схемы управления.

Взаимосвязанный электропривод содержит два или несколько электрически или механически связанных между собой электродвигательных устройства (или электроприводов), при работе которых поддерживается заданное соотношение или равенство скоростей или нагрузок или положение исполнительных органов рабочих машин. Необходимость в таком приводе часто возникает по конструктивным или технологическим соображениям.

Примером взаимосвязанного электропривода может служить привод цепного конвейера, рис.2.

Рис.2. Схема привода конвейера

Рабочим органом конвейера является цепь, приводимая в движение двумя или несколькими двигателями (М1, М2), расположенными вдоль цепи Эти двигатели имеют вынужденно одинаковую скорость.

Взаимосвязанный электропривод широко применяется в различных современных машинах и агрегатах, например, в копировальных металлорежущих станках и станках с программным управлением, в бумагоделательных машинах, ротационных машинах полиграфического производства, в поточных технологических линиях по производству шинного корда, синтетических плёнок, в текстильных агрегатах, в прокатных станах металлургического производства и т.д. Одной из разновидностей взаимосвязанного электропривода является много двигательный электропривод — это электропривод, двигательные устройства которого совместно работают на общий вал. Примером такого привода может служить привод платформы механизма поворота мощного экскаватора. Здесь благодаря его применению и специальному электрическому соединению двигателей удаётся осуществить равномерное распределение статических и динамических нагрузок, возникающих при работе механизма поворота.

В том случае, когда во взаимосвязанном электроприводе возникает необходимость поддержания постоянного соотношения скоростей рабочих органов, не имеющих механических связей, используется специальная схема электрической связи электродвигателей, называемая схемой электрического вала.

Многообразие производственных процессов определяет различные виды и характеры движения рабочих органов машины, а следовательно, и электроприводов.

По виду движения могут обеспечивать: вращательное однонаправленное движение, вращательное реверсивное и поступательное реверсивное.

Вращательное однонаправленное, а также реверсивное движение осуществляются электродвигателями обычного исполнения. Поступательное движение может быть получено путем использования электродвигателя вращательного движения обычного исполнения совместно с преобразовательным механизмом (кулисным, винтовым, реечным и т. д.) либо применения электродвигателя специального исполнения для поступательного движения (линейные электродвигатели, магнитогидродинамические и др.).

По характеру движения различают:

Электропривод непрерывного действия (подвижные части непрерывно движутся).

Дискретный электропривод (дискретное движение).

Вращательный электропривод (вращательное движение).

Линейный электропривод (линейный электродвигатель).

Реверсивный электропривод (движение в противоположных направлениях).

Нереверсивный электропривод (одно направление движения).

По выполняемым операциям различают электропривод: регулируемый, нерегулируемый, автоматизированный, программно-управляемый, следящий, позиционный, адаптивный.

По виду источника энергии различают: автономный, аккумуляторный, теплоэлектрический, дизель-электрический, турбоэлектрический.

По технической реализации силового канала различают электропривод: постоянного и переменного тока, редукторный, безредукторный, маховиковый, электрогидравлический, вентильный, полупроводниковый, тиристорный, транзисторный, система “управляемый выпрямитель-двигатель” — вентильный электропривод постоянного тока, в преобразовательном устройстве которого применен регулируемый выпрямитель или реверсивный преобразователь, система “преобразователь частоты-двигатель”, система “генератор-двигатель”, система “магнитный усилитель-двигатель”.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Проектирование автоматизированного электропривода насосной установки системы горячего водоснабжения. Анализ технологического процесса и работы оператора. Расчетная схема механической части электропривода. Выбор систем электропривода и автоматизации.

дипломная работа [1,4 M], добавлен 16.05.2012

Описание травления полосовой стали в непрерывных травильных агрегатах. Расчет и выбор элементов силовой части тиристорного преобразователя и электропривода. Структурная схема внутреннего токового контура. Моделирование динамических характеристик скорости.

дипломная работа [1,1 M], добавлен 01.04.2013


Требования, предъявляемые к системе электропривода УЭЦН. Качественный выбор электрооборудования для насосной станции. Расчет мощности электродвигателя и выбор системы электропривода. Анализ динамических процессов в замкнутой системе электропривода.

курсовая работа [369,8 K], добавлен 03.05.2015

Выбор силовой части электропривода. Оптимизация контуров регулирования: напряжения, тока и скорости. Статические характеристики замкнутой системы. Расчет динамики электропривода. Расчет его статических параметров. Двигатель и его паспортные данные.

курсовая работа [357,2 K], добавлен 15.11.2013

Выбор структуры энергетического и информационного каналов электропривода и их техническую реализацию. Расчет статических и динамических характеристик и моделирование процессов управления. Разработка электрической схемы электропривода и выбор её элементов.

курсовая работа [545,5 K], добавлен 21.10.2012

Данные двигателя постоянного тока независимого возбуждения со стабилизирующей обмоткой быстроходного исполнения. Расчет параметров электропривода. Коэффициент усиление тиристорного преобразователя. Структурная схема системы подчиненного управления.

контрольная работа [188,9 K], добавлен 09.04.2009

Проблема управления электроприводом. Разработка самонастраивающейся системы автоматизированного электропривода с неизменными динамическими характеристиками в диапазоне изменения управляющих и возмущающих воздействий. Электрическая принципиальная схема.

курсовая работа [2,0 M], добавлен 12.03.2013

Природа возникновения колебаний, виды и особенности колебательных процессов. Методика исследования и оценка устойчивости разомкнутой системы электропривода ТПН-АД, а также алгоритм его модели. Методы решения дифференциальных уравнений электропривода.

реферат [236,5 K], добавлен 25.11.2009

Принцип действия вентильного электропривода. Формирование вращающего момента, результирующей намагничивающей силы. Электрическая схема переключения полюсов вентильного электропривода. Моделирование переходных процессов. Суммарный момент возмущения.

курсовая работа [3,5 M], добавлен 15.03.2010

Определение понятия «электропривод». Режимы его работы и классификация. Уравнения движения электропривода при поступательном и вращательном движении. Влияние различных параметров на вид скоростных (механических) характеристик двигателя постоянного тока.

контрольная работа [472,2 K], добавлен 09.04.2009

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

Классификация электроприводов

Электроприводы по способам распределения механической энергии можно разделить на три основных типа: групповой электропривод; индивидуальный и взаимосвязанный.

Групповой электропривод обеспечивает движение исполнительных органов нескольких рабочих машин или нескольких исполнительных органов одной рабочей машины. Передача механической энергии от одного двигателя к нескольким рабочим машинам и ее распределение между ними производится с помощью одной или нескольких трансмиссий. Такой групповой привод называют также трансмиссионным (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 — Структурная схема группового трансмиссионного электропривода

Вследствие своего технического несовершенства трансмиссионный электропривод в настоящее время почти не применяется, он уступил место индивидуальному и взаимосвязанному, хотя в ряде случаев еще находит применение и групповой привод по схеме на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 — Структурная схема группового электропривода

Индивидуальный привод по сравнению с трансмиссионным и групповым обладает рядом преимуществ: производственные помещения не загромождаются тяжелыми трансмиссиями и передаточными устройствами; улучшаются условия работы и повышается производительность труда вследствие облегчения управления отдельными механизмами, уменьшения запыленности помещений, лучшего освещения рабочих мест; снижается травматизм обслуживающего персонала. Кроме того, индивидуальный электропривод отличается более высокими энергетическими показателями.

В трансмиссионном приводе при выходе из строя или при ремонте электродвигателя выбывает из работы группа машин, тогда как в случае индивидуального привода или группового по схеме на рисунке 2.2 остановка одного электродвигателя вызывает остановку лишь одной рабочей машины.

Рисунок 2.3 — Индивидуальные электроприводы рабочих органов (шпинделей) продольно-фрезерного станка

Индивидуальный электропривод широко применяется в различных современных машинах, например, в сложных металлорежущих станках, в прокатных станах металлургического производства, в подъемно-транспортных машинах, экскаваторах, в роботах-манипуляторах и т. п.

Примером использования индивидуального привода может служить продольно-фрезерный станок (рисунок 2.3), имеющий отдельные электроприводы главных движений (приводы трех шпиндельных бабок).

Взаимосвязанный электропривод содержит два или несколько электрически или механически связанных между собой электродвигательных устройства (или электроприводов), при работе которых поддерживается заданное соотношение или равенство скоростей или нагрузок или положение исполнительных органов рабочих машин. Необходимость в таком приводе часто возникает по конструктивным пли технологическим соображениям.

Примером взаимосвязанного электропривода может служить привод цепного конвейера. На рисунке 2.4 показана схема такого привода, рабочим органом которого является цепь, приводимая в движение двумя или несколькими двигателями (М 1, М 2), расположенными вдоль цепи. Эти двигатели имеют вынужденно одинаковую скорость.

Взаимосвязанный электропривод широко применяется в различных современных машинах и агрегатах, например, в копировальных металлорежущих станках и станках с программным управлением, в бумагоделательных машинах, ротационных машинах полиграфического производства, и текстильных агрегатах, в прокатных станах металлургического производства, в поточных технологических линиях по производству шинного корда, синтетических пленок и т. д.

Рисунок 2.4 — Схема взаимосвязанного привода конвейера

По виду движения электроприводы могут обеспечить: вращательное однонаправленное движение, вращательное реверсивное и поступательное реверсивное движения.

Вращательное однонаправленное, а также реверсивное движение осуществляется электродвигателями обычного исполнения. Поступательное движение может быть получено путем использования электродвигателя вращательного движения обычного исполнения совместно с преобразовательным механизмом (кулисным, винтовым, реечным и т. п.) либо применения электродвигателя специального исполнения для поступательного движения (так называемые линейные электродвигатели, магнитогидродинамические двигатели).

По степени управляемости электропривод может быть:

  • 1) нерегулируемый — для приведения в действие исполнительного органа рабочей машины с одной рабочей скоростью, параметры привода изменяются только в результате возмущающих воздействий;
  • 2) регулируемый — для сообщения изменяемой пли неизменяемой скорости исполнительному органу машины, параметры привода могут изменяться под воздействием управляющего устройства;
  • 3) программно-управляемый — управляемый в соответствии с заданной программой;
  • 4) следящий — автоматически отрабатывающий перемещение исполнительного органа рабочей машины с определенной точностью в соответствии с произвольно меняющимся задающим сигналом;
  • 5) адаптивный — автоматически избирающий структуру или параметры системы управления при изменении условий работы машины с целью выработки оптимального режима.

Можно классифицировать электроприводы и по роду передаточного устройства. В этом смысле электропривод бывает:

  • 1) редукторный, в котором электродвигатель передает вращательное движение передаточному устройству, содержащему редуктор;
  • 2) безредукторный, в котором осуществляется передача движения от электродвигателя либо непосредственно рабочему органу, либо через передаточное устройство, не содержащее редуктор.

По уровню автоматизации можно различать:

  • 1) неавтоматизированный электропривод, в котором управление ручное; в настоящее время такой привод встречается редко, преимущественно в установках малой мощности бытовой и медицинской техники и т. п.;
  • 2) автоматизированный электропривод, управляемый автоматическим регулированием параметров;
  • 3) автоматический электропривод, в котором управляющее воздействие вырабатывается автоматическим устройством без участия оператора.

Два последних типа электропривода находят применение в подавляющем большинстве случаев.

Наконец, по роду тока применяются электроприводы постоянного и переменного тока. автоматизированная электрический привод

Обобщенная структура электропривода

Электропривод – электромеханическая система, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса.

Обобщенная структура электропривода (ЭП) включает в себя: электродвигательное устройство 1, преобразовательное устройство 2 (усилитель мощности, инвертор), передаточное устройство 3 (редуктор), измерительное устройство 4 (датчики углового положения, скорости и т.п.), управляющее устройство 5, рабочий механизм с нагрузкой Н и источник питания ИП.

ИП
Электропривод
v 5 2 1 3 y Н
4

Обобщенная структура электропривода

Принято разделять ЭП на неизменяемую часть, выбираемую в соответствии с энергетическими, функциональными и конструктивными требованиями, а также изменяемую, структура и параметры которой выбираются в соответствии с требованиями к качеству регулирования. К неизменяемой части относятся 1, 2, 3, а к изменяемой – 5. Условно неизменяемой частью можно считать 4, состав которой выбирается при выборе структуры 5, но параметры затем не меняются.

Электродвигатели для ЭМС

Тип исполнительного двигателя и способ управления им в значительной мере определяют как структуру управления эмс, так и достигаемые при этом показатели.

Некоторые особые требования к исполнительным двигателям:

– низкие значение номинальной угловой скорости при повышенных значениях вращающего момента (так называемые низкоскоростные моментные двигатели);

– способность длительной работы в непрерывных динамических режимах;

– высокие удельные показатели (отношение вращающего момента к массе и т.п.);

– совместимость с автономными источниками питания по роду электрической энергии и параметрам напряжения;

– бесконтактность (при работе в агрессивных средах);

– функциональные специальные возможности;

– длительный срок службы;

Традиционно в ЭМС используются двигатели постоянного тока (ДПТ), двухфазные асинхронные двигатели (ДАД), трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (АД), шаговые двигатели (ШД), синхронные двигатели с постоянными магнитами (СДПМ).

Двигатели постоянного тока используются в ЭМС несколько десятков лет. Основными достоинствами ДПТ принято считать принципиальную устойчивость в переходных режимах, удобство управления изменением питающего напряжения, хорошие массогабаритные показатели (особенно при возбуждении от постоянных магнитов), широ-кую номенклатуру типов, мощностей, размеров, детально развитую теорию.

Недостатком в данном случае являются пониженная надежность вследствие износа и искрения коллекторного узла и неприменимость в некоторых установках, работающих во взрывоопасных и пожароопасных средах, в вакууме. Гарантированное время наработки на отказ у большинства современных типов ДПТ составляет не более 2000 часов, что на порядок меньше того, что требуется во многих автономных установках, не предполагающих ремонта и обслуживания.

Поэтому наряду с дальнейшим совершенствованием ДПТ наблюдается тенденция перехода в соответствующих ЭМС к двигателям переменного тока. Статистические данные говорят о том, что в последние годы в мире снижалось потребление ДПТ почти на 10 % в год, и увеличивались продажи электродвигателей и ЭМС переменного тока на 8 % в год.

Двухфазные асинхронные двигатели (короткозамкнутые и с полым ротором) являются вторыми по применяемости в ЭМС, так как долгое время были единственной альтернативой ДПТ. Достоинствами ДАД являются их бесконтактность, малоинерционность (особенно двигателей с полым ротором), способность работать на больших скоростях, совместимость с индукционными датчиками углового положения на основе сельсинов, вращающихся трансформаторов и других электрических микромашин.

В классических следящих системах ДАД управляются изменением амплитуды напряжения обмотки управления. Однако высокие номинальные скорости осложняют применение ДАД в низкоскоростных ЭМС ввиду необходимости использовать редукторы с большим передаточным числом, т.е. низким КПД и ощутимыми погрешностями.

Высокие номинальные скорости приводят к малым срокам службы подшипников самих ДАД, которые в результате даже при отсутствии скользящих электрических контактов имеют гарантированное время безотказной работы немногим большее, чем ДПТ – порядка 5000 час. В бытовых и частично общепромышленных установках, получающих питание от однофазной сети, используются двух- и трехфазные конденсаторные асинхронные двигатели.

Трехфазные асинхронные двигатели, обладая такими же преимуществами, что и ДАД, также применяются в ЭМС сравнительно часто, но существуют дополнительные сложности управления ими, в частности, обеспечение реверса.

Шаговые двигатели находят широкое применение в современных ЭМС, обладая многими достоинствами: отсутствие скользящих контактов, способность работать в разомкнутых системах, удобство сопряжения с цифровыми управляющими устройствами.

ШД – единственные электромеханические преобразователи энергии, обеспечивающие непосредственное цифроаналоговое преобразование кода в угловое положение. Недостатком ШД является их неспособность к плавному вращению на малых скоростях из-за импульсного характера работы, худшие, по сравнению с другими типами двигателей, удельные показатели (момент на единицу массы и т.п.).

Синхронные двигатели с постоянными магнитами получили значительное распространение в ЭМС как альтернатива одновременно ДПТ, ДАД и ШД. Наибольшее распространение находят СДПМ в режиме бесконтактного двигателя постоянного тока (БДПТ), что приближает их характеристики к таковым у ДПТ, которые считаются эталонными. Многие СД могут работать также в режиме ШД, что расширяет область их применения.

Достоинствами их служат хорошие массогабаритные показатели и низкие номинальные скорости, что позволяет уменьшить передаточное отношение редуктора. Недостатком является невысокая равномерность вращения при работе на малых (ползучих) скоростях, сравнительно высокая стоимость, возможность размагничивания постоянных магнитов с соответствующим ухудшением характеристик.

Индукторные двигатели с электромагнитной редукцией частоты вращения получили распространение в последние 20–25 лет. Обладают всеми достоинствами СДПМ и существенно более низкими скоростями при высокой равномерности вращения. Недостаток – высокая стоимость.

Сравнение различных двигателей осуществляется по следующим показателям:

· масса и габариты;

· способность работать в управляемых системах;

1.7. Преобразовательные устройства

Получают энергию от ИП, в качестве которых могут быть электрические сети однофазного и трехфазного тока, синхронные генераторы по системе «Д-СГ», генераторы постоянного тока, т.е. системы «Д-ГПТ», различные аккумуляторы и системы «Тр-В».

1) для ЭМС с двигателями постоянного тока: управляемый вы-прямитель (УВ), широтно-импульсный (ШИП), частотно-импульсный (ЧИП), широтно-частотный преобразователь (ШЧИП);

2) для ЭМС с двигателями переменного тока: автономный инвертор,

или циклоконвертор, т.е. непосредственный преобразователь частоты, на вход которого подается неизменное напряжение, а на выходе имеем переменную частоту огибающей импульсного напряжения.

В ПУ используют транзисторы и тиристоры.

Транзистор – полностью управляемый полупроводниковый элемент. В тиристоре прерывание тока осуществляется естественной или искусственной коммутацией. В связи с различными свойствами применяют оба элемента.

Управляющие устройства.

Способы управления ЭМС

Простотасистемы управления ЭМС зависит от нескольких факторов: числа каналов управления, числа регулируемых переменных, наличия обратных связей и вид регуляторов (линейные, нелинейные, с эталонной моделью и др.). Очевидно, что тип двигателя влияет на сложность систем управления (СУ) с учетом возможных способов управления. Наиболее простыми являются двигатели с одноканальным управлением, возбуждение которых осуществляется постоянными магнитами.

Для управления исполнительных двигателей переменного тока преимущественно используются частотные способы: частотно-независи-мое, частотно-токовое, частотно-векторное и частотно-зависимое уп-равление.

Частотно-независимое управление (ЧНУ) реализуется изменением частоты синусоидального питающего напряжения. В электрических двигателях угловая скорость ротора однозначно связана с частотами тока питания.

Увеличение частоты уменьшает максимальный момент двигателя, т.е. снижает его перегрузочную способность и устойчивость в переходных режимах.

Уменьшение частоты приводит к перераспределению токов в обмотках, насыщению отдельных участков магнитопровода, изменению индуктивностей, дополнительным потерям и перегреву.

В связи с этим при ЧНУ используется одновременное изменение амплитуды питающего напряжения, т.е. те или иные законы частотного управления.

В настоящее время синтезировано несколько законов частотного управления двигателей по различным критериям для установившихся режимов, в частности из условий максимального КПД и минимальной мощности потребления, постоянства перегрузочной способности и минимума тока ротора.

Частотно-токовое управление (ЧТУ) первоначально было разработано для СД, а затем и для других двигателей переменного тока. Суть ЧТУ сводится к формированию в обмотках синусоидальных токов заданной амплитуды с частотой, соответствующей частоте вращения ротора, т.е. при ЧТУ в двигателе формируется вращающий момент, а не скорость, как при ЧНУ.

Частотно-векторное управление (ЧВУ) первоначально было разработано для АД с короткозамкнутым ротором, а затем нашло применение для всех других типов электрических машин переменного тока. Суть ЧВУ сводится к построению системы управления на базе математического описания электродвигателя в системе координат с взаимно неподвижными обмотками.

Выбором системы координат (привязкой ее к тому или иному обобщенному вектору тока, напряжения или потокосцепления) обеспечивают оперирование с сигналами постоянного тока, что существенно упрощает построение и настройку системы. Переход от управляемых величин в модели к реальным величинам в двигателе, а от реальных управляемых величин в двигателе к преобразованным в модели осуществляется с помощью соответственно прямого и обратного координатных преобразований.

Частотно-зависимое управление (ЧЗУ) первоначально было разработано для СД с постоянными магнитами по схеме бесконтактного двигателя постоянного тока, а впоследствии нашло некоторое применение для АД с короткозамкнутым ротором. Суть его сводится к тому, что частота питания обмоток определяется текущей угловой скоростью ротора, т.е., если при ЧНУ частота питания определяет скорость, то при ЧЗУ скорость двигателя определяет частоту питания. Управление скоростью осуществляется изменением напряжения постоянного тока, от которого питается зависимый инвертор.

Фазовое управление заключается в том, что обмотки подключают к многофазным напряжениям одинаковой частоты, обеспечивая тем самым режим синхронного стояния, а потом тем или иным способом изменяют фазы питающих напряжений.

Преимущественное распространение получили различные варианты ЧВУ, отличающиеся опорным вектором, к которому осуществляется привязка системы координат, а также датчиками обратных связей и цепями задания регулируемых величин.

Измерительные устройства,

Согласования в ЭМС

Датчики скорости (ДС), тахогенераторы, фотометрические уст-ройства – измеряют величины.

Датчики положения (ДП), измеряют углы, фиксируют положение – это вращающиеся трансформаторы, сельсины, потенциометры, фазовращатели.

Выбор разомкнутой или замкнутой системы определяется требова-ниями к выходному параметру. Например, для системы регулирования ско-рости может быть применена разомкнутая система, если Dwвых

Расчет структурной схемы электропривода

Построение структурной схемы электропривода (ЭП) зависит от выбранного преобразователя частоты и системы управления ЭП.

В настоящее время системы управления электроприводом строятся на базе микропроцессорной техники. Все входные цепи по управлению гальванически развязаны с внешними цепями. Формирование сигналов управления выходными сигналами осуществляет программа заложенная в ПЗУ микропроцессора, функциональную схему ЭП с микропроцессорным управлением можно посмотреть в пункте 6 данной работы, либо в [18 с. 112]. Для обработки сигналов используют высокоскоростные ЦАП и быстродействующие микропроцессоры. При первом включении в тестовом режиме происходит автоматическая идентификация двигателя частотным преобразователем, рассчитываются все передаточные соотношения коэффициентов обратных связей, рассчитываются передаточные функции регуляторов и т.д. Для определения оптимальных передаточных функций с ПЧ поставляется программное обеспечение, которое в зависимости от назначения привода производит соответствующий выбор значений передаточных функций. Переходя от программной части ПЧ к силовой следует отметить, что в большинстве случаев в выходном каскаде стоят IGBT модули, т.к. в ключевом режиме работы обладают почти нулевым сопротивлением в открытом состоянии. Это говорит о том, что данные приборы выделяют меньше тепла и как следствие небольшие габариты радиаторов. Подводя итог к вышесказанному, можно сказать, что современные преобразователи на напряжение 0,4 (0,6) кВ имеют небольшие габариты и минимальный набор аналоговых элементов. Например векторные преобразователи фирмы Lanze мощностью до 2,2 кВт имеют габариты меньше самого двигателя на эту же мощность.

В данном случае выбран преобразователь частоты с векторной системой управления с прямой ориентацией по вектору потокосцепления ротора АД. Выбранная векторная система управления со стабилизацией вектора потокосцепления ротора впервые была предложена фирмой Siemens, под названием «Трансвектор». Данная система обеспечивает стабилизацию координат по двум каналам: стабилизация модуля потокосцепления и стабилизация по каналу управления скорости вращения ротора.

Выбор векторной системы управления электроприводом обосновывается тем, что необходимо ограничивать ток в цепи статора асинхронного двигателя во время пуска.

Переходя непосредственно к построению структурной схемы необходимо указать базовые дифференциальные уравнения при помощи которых строится данная структурная схема. В несколько упрощенном виде данные уравнения можно найти здесь [20, с. 210], а так же и упрощенную структурную схему. В более подробном виде данный вопрос рассмотрен в [18, c. 66]. Структурная схема векторной системы управления с ориентацией по потокосцеплению ротора двигателя изображена на рис. 4. В основу данной структурной схемы взята структурная схема из [20, c. 218] изменения были произведены в соответствии с рекомендациями изложенными в [24].

Произведем расчет данной структурной схемы в абсолютных единицах для практической реализации в приложении Simulink пакета Mathlab. Для расчета структурной схемы были использованы методики изложенные в [20, c. 214], [21] и [8].

Исходные данные для расчета структурной схемы.

Значения коэффициентов при загрузке двигателя на 50% от номинала:

Номинальная синхронная скорость:

Максимальная частота сети:

Максимальная синхронная скорость:

Максимальная частота сети:

Максимальная скорость вращения: ;

Кратность максимального момента: ;

Параметры схемы замещения о.е.:

Динамический момент инерции ротора: ;

Активное сопротивление обмотки статора:

Расчет параметров электрической Г-образной схемы замещения асинхронного двигателя.

Рис. 5 — Г-образная схема замещения АД для нормального режима

Данный расчет будет произведен по методике предложенной в [25].

Мощность при данном коэффициенте загрузки:

Синхронная частота сети:

Номинальная частота вращения ротора при 50Гц:

Пусковой момент двигателя:

Номинальный ток статора:

Ток при загрузке двигателя на 50% от номинала:

Расчетные коэффициенты для расчета расчета тока холостого хода:

Ток холостого хода:

Предварительное значение жесткости:

Поправочный коэффициент расчета Г-образной схемы замещения:

Коэффициенты для расчета критического скольжения:

Определение угла сдвига фаз при х.х.:

Активная часть тока:

Активная часть тока при х.х.:

Расчет коэффициентов для уточнения жесткости механической характеристики:

Уточненная жесткость механической характеристики АД:

Расчет сопротивлений АД Г-образной схемы замещения:

Расчет ЭДС в машине:

Определение сопротивления взаимоиндукции:

Переходные индуктивности статора и ротора:

Взаимная индуктивность статора и рота приведенная к статору:

Индуктивность статора и ротора:

Рассчитаем активное сопротивление для рабочей температуры согласно рекомендациям [26, c. 90].

Расчет коэффициента для перевода сопротивлений:

Расчет сопротивлений с учетом температурного коэффициента:

Реальные реактивные сопротивления будут отличаться от расчетных, т.к. двигатель работает при повышенной частоте сети. Введем поправочный коэффициент по частоте:

Расчет реактивных сопротивлений с учетом поправочного коэффициента:

Коэффициент магнитной связи статора и ротора:

Коэффициент рассеяния машины:

Расчет коэффициентов структурной схемы.

Принимаем максимальное значение сигнала управления равное 10 В.

Потокосцепление статора и ротора:

Определим базисные проекции амплитуды тока статора на оси х и у исходя из максимального момента по технологическому процессу.

Найдем проекцию полного тока на ось у:

Определим действующий активный ток:

Найдем полный номинальный ток:

Найдем номинальный реактивный ток:

Найдем проекцию полного тока на ось x:

Найдем базисные проекции токов с учетом перегрузки частотного преобразователя по току:

Коэффициент обратной связи по потоку:

Коэффициент обратной связи по току:

Коэффициент обратной связи по скорости:

Коэффициент передачи преобразователя по напряжению и постоянная времени:

Структурная схема автоматизированного электропривода.

Структурная схема автоматизированного электропривода приведена на рис.1. В ней можно выделить три основных элемента:

Рис.1 Структурная схема автоматизированного электропривода

1) механическая часть привода МЧ, включающая рабочий механизм РМ, передаточное устройство ПУ, предназначенное для передачи механической энергии от электродвигательного устройства электропривода к исполнительному органу рабочей машины и для изменения вида и скорости движения и усилия (момента вращения);

2) электродвигательное устройство ЭД, предназначенное для преобразования электрической энергии в механическую или механической энергии в электрическую. На схеме электродвигательное устройство (или двигатель) представлено двумя элементами: электромеханическим преобразователем энергии ЭМП (на вход которого подаются электрические сигналы в виде напряжения и тока), преобразующим электрическую мощность в механическую мощность, и массой ротора двигателя РД, на которую воздействует момент М двигателя при угловой скорости w;

3) система управления СУ, состоящая из силовой преобразовательной части Я (преобразователя), управляющего устройства У, задающего устройства ЗУ и датчиков обратных связей — электрических ДОСЭ и механических ДОСМ1 и ДОСМ2. Преобразователь Я предназначен для питания двигателя и создания управляющего воздействия на него. Он преобразует род тока или напряжение, или частоту либо изменяет иные показатели качества электрической энергии, подводимой к двигателю. Устройство У, управляющее преобразователем П, получает командные сигналы от задающего устройства ЗУ, а информацию о текущем состоянии электропривода и технологического процесса -от датчиков обратных связей. С помощью этих датчиков ток, напряжение, мощность двигателя или другие его электрические параметры, скорость, момент или усилие и положение (перемещение) исполнительного органа, преобразуются в пропорциональные этим параметрам электрические сигналы, которые и подаются в управляющее устройство У. В нем текущее состояние электропривода и технологического процесса сравнивается с заданным и при наличии рассогласования вырабатывается управляющий сигнал, воздействующий через преобразователь П на электропривод в направлении устранения возникшего рассогласования с требуемой точностью и быстродействием.

Дата добавления: 2020-05-02 ; просмотров: 1316 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

5.6. Структурная схема асинхронного электропривода с векторным управлением

Анализ рис. 5.7 и 5.8 показывает, что функциональная схема асинхронного электропривода с векторным управлением и ориентацией по вектору потокосцепления ротора — двухкоординатная, с двумя подчиненными контурами потокосцепления и скорости, с внутренними контурами тока. Структурная схема [24], соответствующая таким системам регулирования приведена на рис. 5.9.

На рис. 5.9 приняты следующие обозначения физических величин: Wpnc(р) — передаточная функция регулятора потокосцепления;

W (р) — передаточная функция регулятора скорости;

W (р) — передаточная функция регулятора тока; кш коэффициент передачи инвертора напряжения;

Тш постоянная времени запаздывания инвертора напряжения;

Rx — R] + R’2 + RK суммарное активное сопротивление асинхронного двигателя, равное сумме активных сопротивлений статора i. активному сопротивлению ротора R2, приведенному к обмотке статора и активному сопротивлению кабеля RK, соединяющего инвертор напряжения и статор асинхронного двигателя (для погружных насосов длина кабеля может составлять несколько километров);

— электромагнитная постоянная времени цепи обмотки статора;

Рис. 5.9. Структурная схема асинхронного электропривода с векторным управлением

Л) = Lx + LK — суммарное индуктивное сопротивление цепи обмотки статора асинхронного двигателя, равное сумме индуктивных сопротивлений статора Д и индуктивному сопротивлению кабеля Ьк, соединяющего инвертор напряжения и статор асинхронного двигателя;

T2=—f— электромагнитная постоянная времени цепи обмотки ротора; R 2

knc — коэффициент обратной связи по потокосцеплению;

Тис — постоянная времени запаздывания в цепи обратной связи по потокосцеплению;

кс — коэффициент обратной связи по скорости;

Тс — постоянная времени запаздывания в цепи обратной связи по скорости; кт — коэффициент обратной связи по току;

Гот — постоянная времени запаздывания в цепи обратной связи по току.

Разомкнутый контур тока, настроенный на модульный оптимум, должен иметь следующую передаточную функцию:

где аш = 1 — 6 — коэффициент настройки на модульный оптимум контура тока;

а =2 — стандартный коэффициент настройки.

Передаточная функция разомкнутого контура тока рассматриваемой системы (рис. 5.9) определяется следующим образом:

С целью упрощения решения задачи синтеза параметров регулятора тока понизим порядок передаточной функции контура тока. Для чего найдем суммарную малую постоянную времени Ттг = Т + Тот, тогда выражение (5.12) преобразуется к виду

Приравнивая правые части выражений (5.11) и (5.13) и решая полученное уравнение относительно передаточной функции регулятора тока, получаем

Если принять равными Ттт = Трг, то регулятор тока будет иметь передаточную функцию

Разделив числитель уравнения (5.15) на его знаменатель, получим

где — коэффициент передачи регулятора тока;

— постоянная времени регулятора тока.

Таким образом, при настройке контура тока на модульный оптимум, регулятор скорости будет пропорционально-интегрального типа с коэффициентом передачи крл и постоянной времени интегратора Трт.

Уравнения (5.15) можно преобразовать и к другому, наиболее распространенному виду, разделив и умножив его знаменатель на постоянную времени 7]:

Или после преобразований

где — коэффициент передачи регулятора тока;

7] = Трт постоянная времени регулятора тока.

Уравнения (5.16) и (5.18) идентичны, однако (5.18) в большей степени отражает суть произведенного синтеза параметров регулятора тока. Из уравнения (5.18) следует, что в составе регулятора тока имеется форсирующее (дифференциальное) звено , которое

компенсирует действие апериодического звена объекта управления с электромагнитной постоянной времени цепи обмотки статора J|. Это и позволяет добиться максимального быстродействия контура регулирования.

Контур потокосцепления также настраивается на модульный оптимум. Внутренний контур тока может быть представлен звеном, имеющим передаточную функцию второго порядка, с малой некомпенсированной постоянной времени Гцт:

Для упрощения решения задачи синтеза контура потокосцепления следует понизить порядок передаточной функции контура тока и считать, что контур тока имеет передаточную функцию

где — малая постоянная времени контура потокосцепления.

В этом случае передаточная функция разомкнутого контура потокосцепления рассматриваемой системы (рис. 5.9) определяется следующим образом:

Для упрощения решения задачи синтеза параметров регулятора потокосцепления понизим порядок передаточной функции контура потокосцепления. Для чего найдем суммарную малую постоянную времени Тптс = Ттп + ТПС, тогда выражение (5.12) преобразуется к виду

Передаточная функция регулятора потокосцепления при настройке контура потокосцепления на модульный оптимум находится, если приравнять правые части выражений (5.21) и (5.11), записав последнее уравнение для контура потокосцепления

Решая полученное уравнение относительно передаточной функции регулятора потокосцепления, получаем

Если принять равными Ттпс = 7jind,, то регулятор потокосцепления будет иметь передаточную функцию

Или после преобразований

где — коэффициент усиления регулятора потокосцепления;

Т2 — постоянная времени регулятора потокосцепления.

В тех случаях, когда электропривод должен обеспечивать высокую жесткость механических характеристик в большом диапазоне регулирования скорости, контур скорости следует настраивать на симметричный оптимум.

Разомкнутый контур скорости, настроенный на симметричный оптимум, должен иметь следующую передаточную функцию:

где асс = 4 -16 — коэффициент настройки контура скорости на симмет- ричный оптимум;

асс = 8 — стандартный коэффициент настройки.

Для упрощения решения задачи синтеза контура скорости следует понизить порядок передаточной функции контура тока и считать, что контур тока имеет передаточную функцию

где Тткс = яцт • 7^ — малая постоянная времени контура скорости.

В этом случае передаточная функция разомкнутого контура скорости рассматриваемой системы (рис. 5.9) определяется следующим образом:

где — коэффициент момента.

Понизим порядок передаточной функции контура скорости. Для чего найдем суммарную малую постоянную времени Ттс = Тткс + Гс, тогда выражение (5.27) преобразуется к виду

Приравнивая правые части выражений (5.28) и (5.25) и решая полученное уравнение относительно передаточной функции регулятора скорости, получим

где — коэффициент усиления регулятора скорости;

— постоянная времени интегрирования регулятора

Графики переходных процессов скорости, момента и потокосцеп- ления при пуске асинхронного электропривода с векторным управлением приведены на рис. 5.10.

Рис. 5.10. Графики переходных процессов при пуске асинхронного электропривода с векторным управлением

Как следует из анализа графиков, пуск асинхронного электропривода происходит при постоянном потокосцеплении ротора. Кривые изменения скорости и момента аналогичны соответствующим характеристикам в двухконтурных электроприводах постоянного тока с подчиненным регулированием.

Каждый электрик должен знать:  Работа  управляющего автомата в режимах прерывания и прямого доступа к памяти
Добавить комментарий