теория по электроприводу

Следовательно, при регулировании скорости пусковой реостат должен быть заменен регулировочным.
Пределы регулирования скорости изменением сопротивления в цепи якоря невелики, зависят от нагрузки и поэтому непостоянны. Метод этот неэкономичен, так как возникают дополнительные потери в регулировочном сопротивлении, пропорциональные степени регулирования; например, при снижении скорости на 50% в реостате будет теряться также около 50% подводимой к электродвигателю энергии.

Регулирование скоростей вращения асинхронных электродвигателей
Скорость вращения ротора асинхронного двигателя определяется выражением n = no (1 — S) = (f1∙60)(1 — S)/p.скорость асинхронного двигателя можно регулировать изменением какой-либо из трех величин: числа пар полюсов р; частоты f1 тока питающей сети; скольжения S. Изменение числа полюсов электродвигателя. Для возможности изменения числа пар полюсов электродвигателя статор его выполняют либо с двумя самостоятельными трехфазными обмотками, либо с одной трехфазной обмоткой, которую можно пересоединять на различные числа полюсов. Катушки создают четыре магнитных полюса. Те же катушки, соединенные параллельно между собой, создадут только два полюса. Пересоединение обмоток статора производится при помощи специального аппарата – контроллера. При этом способе регулировка скорости вращения двигателя совершается скачками. На практике встречаются двигатели, синхронные скорости вращения no которых могут быть равны 3000, 1500, 1000 и 750 оборотов в минуту. Регулировку скорости вращения двигателя путем изменения числа полюсов можно производить только у асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Ротор с короткозамкнутой обмоткой может работать при разных числах полюсов магнитного поля. Наоборот, ротор двигателя с фазной обмоткой может работать нормально лишь при определенном числе полюсов поля статора. Иначе обмотку ротора также пришлось бы переключать, что внесло бы большие усложнения в схему двигателя.
Изменение частоты переменного тока. При этом способе частоту переменного тока, подводимого к обмотке статора двигателя, изменяют при помощи специального преобразователя частоты. Регулировку изменения частоты тока выгодно производить, когда имеется большая группа двигателей, требующих совместного плавного регулирования скорости вращения (рольганги, текстильные станки и т. п.). Этот способ регулирования скорости мало распространен ввиду сложности его осуществления.
Введение сопротивления в цепь ротора. Во время работы двигателя в цепь обмотки ротора вводят сопротивление регулировочного реостата. С увеличением активного сопротивления цепи ротора возрастает величина скольжения S, соответствующая заданному значению вращающего момента М (величина вращающего момента, развиваемого двигателем, равна моменту сопротивления на валу двигателя). Таким образом, вводя дополнительно активное сопротивление в цепь фазного ротора, мы увеличиваем скольжение S и, следовательно, снижаем скорость вращения ротора n. Такой способ регулирования применим только для асинхронных двигателей с фазным ротором. Регулировочный реостат включают в цепь ротора так же, как и пусковой реостат. Недостатком этого способа регулирования является то, что в регулировочном реостате происходит значительная потеря мощности, тем большая, чем шире регулировка скорости вращения двигателя.
Реверсирование асинхронных электродвигателей. Для изменения направления вращения (реверсирование) асинхронного двигателя следует поменять местами два любых провода из трех, идущих к обмоткам статора двигателя. При этом меняется направление вращения магнитного поля статора и двигатель станет вращаться в другую сторону. Реверсирование двигателя может быть произведено при помощи переключателя (перекидного рубильника), магнитного пускателя и других устройств.
Торможение асинхронных двигателей. В условиях эксплуатации нередко возникает необходимость торможения двигателя с целью ускорить его остановку. Торможение электродвигателей может быть механическим, электрическим и электромеханическим. Если при работе двигателя переключить две любые фазы, то при этом двигатель начнет развивать вращающий момент, направленный в обратную сторону. Вращение ротора замедляется. Когда скорость вращения приближается к нулю, следует отключить двигатель от сети, в противном случае под действием развиваемого момента он начнет вращаться в противоположном направлении..

23. РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ двигателя постоянного тока последовательного возбуждения.
В этом случае регулирование скорости вращения возможно тремя способами:
введением сопротивления в цепь якоря;
изменением величины магнитного потока Ф;
изменением подводимого напряжения U.
Регулирование скорости вращения за счет введения сопротивления в якорную цепь производится по схеме, путем включения регулировочного реостата Rp. В этой схеме отсутствует пусковой реостат, так как регулировочный реостат, рассчитанный на длительную работу, может служить одновременно и пусковым.
Включение сопротивления в цепь якоря позволяет только уменьшать скорость вращения двигателя. При этом способе регулирования сильно возрастает мягкость механических характеристик, так как. включая то или иное сопротивление регулировочного реостата, мы переводим двигатель на работу по соответствующим характеристикам, которые ничем не отличаются от пусковых.
Диапазон регулирования скорости этим способом зависит от величины нагрузки и понижается с ее уменьшением. Так как с включением регулировочного сопротивления сопротивление якорной цепи увеличивается, то возрастают и потери энергии, которые будут тем больше, чем меньше скорость двигателя.
Достоинство этого метода регулирования — простота оборудования и управления. Он применяется в электроприводах подъемно-транспортных машин. При регулировании скорости изменением магнитногопотока последний либо усиливается, либо ослабляется.
Для усиления магнитного потока полюсов двигателя производится шунтирование (параллельное включение сопротивления) обмотки якоря; при этом ток в обмотке возбуждения увеличивается и, следовательно, возрастает магнитный поток. Этот способ позволяет регулировать скорость вниз от основной, т. е. в сторону уменьшения скорости вращения.
В этой схеме якорь двигателя шунтируется сопротивлением Rlu; последовательно в цепь вводится дополнительное сопротивление Кц. Падение напряжения в этом сопротивлении уменьшает жесткость механической характеристики.
Ток в обмотке возбуждения I в состоит из суммы двух токов: тока нагрузки 1я и тока 1ш, протекающего через регулируемое сопротивление Rlu т .е. 1в = 1я ± 1ш. Если изменять сопротивление Rlu, то будет изменяться ток 1ш и, следовательно, ток возбуждения при этом меняется магнитный поток, создаваемый током 1в. что приводит к изменению скорости вращения двигателя.
Шунтирование обмотки якоря позволяет получить малые скорости при подъеме небольших грузов. Действительно, если бы не было сопротивления Rm, то при подъеме небольших грузов ток нагрузки также был бы малым и, проходя по обмотке возбуждения, он создал бы небольшой магнитный поток, который обусловливает значительную скорость подъема. Наличие сопротивления Rm, включенного в цепь якоря, создает в обмотке возбуждения ток, который никогда не падает до нуля, и поэтому скорость вращения якоря всегда равна конечной величине.
Однако способ шунтирования обмотки якоря неэкономичен, так как велики потери энергии в реостате, несмотря на то что двигателе при таком режиме работает лишь очень короткое время. Пределы регулирования этим способом достигают величины 5:1.

Типовые схемы управления электроприводами.
Управление пуском, реверсом и торможением асинхронных двигателей в большинстве случаев осуществляется в функции времени, скорости, тока или пути.
Схема управления нереверсивным короткозамкнутым асинхронным двигателем. Пуск двигателей малой и средней мощности обычно осуществляется прямым подключением обмоток статора к сети без ограничения токов. Для этой цели используются магнитные пускатели, которые составляют основу схемы управления.
Нереверсивный магнитный пускатель (рис. 6.12) включает в себя электромагнитный контактор КМ с двумя встроенными в него тепловыми реле защиты КК, кнопки управления SB1 (Пуск) и SB2 (останов, стоп АД).

Схема обеспечивает прямой (без ограничения тока и момента) пуск АД, отключение его от сети, а также защиту от коротких замыканий (предохранители FA).
Для пуска АД замыкают выключатель QF и нажимают кнопку пуска SB1.
Электрический ток потечет от фазы С через нормально замкнутую кнопку останова SB2, кнопку SB1, катушку контактора КМ, нормально замкнутые контакторы тепловых реле КК к фазе В.
Катушка контактора КМ, получив питание, притянет якорь магнитной системы и замкнет главные контакты в силовой цепи обмоток статора и вспомогательный контакт, который зашунтирует кнопку пуска SB1 и ее не нужно держать во включенном положении. Произойдет разгон АД по его естественной механической характеристике.
Для отключения АД нажимается кнопка остановки SB2, она разрывает цепь питания катушки контактора КМ. Под действием пружины якорь контактора отпадает и разрывает все замкнутые до этого контакты. Двигатель теряет питание сети и начинается процесс торможения АД выбегом под действием статического момента сопротивления на валу.
Также произойдет остановка двигателя в случае срабатывания одного из тепловых реле. В этом случае разорвется цепь питания катушки контактора КМ контактами тепловых реле КК.
Тепловое реле, установленное только в одну фазу, может не осуществить своих защитных функций. Например, если во время работы АД обесточится обмотка статора именно этой фазы, то двигатель будет работать с перегрузкой обмоток двух других фаз, в которых не предусмотрена установка тепловых реле. Поэтому тепловые реле необходимо устанавливать минимум в двух фазах.
Схема управления реверсивным короткозамкнутым асинхронным двигателем. Основным элементом этой схемы является реверсивный магнитный пускатель, который включает в себя два электромагнитных контактора КМ 1 и КМ2, два тепловых реле защиты КК (рис. 6.13) и кнопки управления SB.
Схема обеспечивает прямой пуск и реверс АД, а также торможение противовключением при ручном управлении.
Пуск двигателя в условном направлении “Вперед” осуществляется нажатием кнопки SB1 при включенном автоматическом выключателе QF. Катушка контактора КМ 1 получит питание через размыкающую кнопку остановки SB3, замыкающую кнопку SB1, размыкающие контакты КМ2 (они будут замкнуты при обесточенном состоянии катушки КМ2), размыкающие контакты тепловых реле КК.
Контактор КМ1 своими силовыми контактами подключит обмотки статора к сети в следующем порядке: фазу А к выводу С1, фазу В к С2, фазу С к С3.
Торможение осуществляется кнопкой остановки SB3. Контактор КМ 1 теряет питание, обесточивает обмотки статора, для осуществления реверса нажимают кнопку SB2. Это приводит к включению контактора КМ2 и подаче на обмотки статора АД напряжения источника питания с другим порядком чередования фаз: фаза А к выводу С3, фаза В к выводу С2, фаза С к выводу С1. Магнитное поле АД изменит свое направление вращения и начнется процесс реверса, который может состоять из двух этапов: торможения противовключением (если ротор вращается по инерции в направлении “Вперед”) и разбега в противоположную сторону.

Если предположить, что при одновременном нажатии кнопок SB1 и SB2 замкнутся силовые контакты КМ 1 и КМ2, то произойдет короткое замыкание токоподводящими проводами. Во избежание этого в схеме используется типовая электрическая блокировка. Она предусматривает перекрестное включение размыкающих контактов аппарата КМ 1 в цепь катушки аппарата КМ2 и наоборот.
Кроме электрической блокировки может быть использована специальная механическая блокировка. Она представляет собой рычажную систему, которая предотвращает втягивание одного контактора, если включен другой.
Защиту от коротких замыканий обеспечивает автоматический выключатель QF. Его наличие исключает также возможность работы пр
Основные формулы в электроприводе

Уравнения кинематикиДля линейного и прямолинейного движения действительно:



Поскольку основа работы любой приводной системы - это вращательное движение мотор-редуктора, необходимо пересчитывать параметры линейного движения в параметры вращательного, и наоборот.Пересчет: линейное/ вращательное движение


Для вращательного движения действительно:

Приведение внешних моментов инерцииДля правильного расчета условий разгона и торможения привода необходимо учитывать все внешние моменты инерции, приведя их к валу двигателя. При этом согласно закону сохранения энергии все передаточные числа возводятся в квадрат.
 Отсюда для вращательного движения следует:

Таким же образом можно привести к валу двигателя и момент инерции линейно перемещаемой массы:

Моменты инерции типичных вращающихся тел 

Вращающиеся тела

Статическая и динамическая мощность
Полная мощность любой приводной системы складывается из статической и динамической мощности. Статическая мощность - это мощность, необходимая для перемещения с постоянной скоростью. Она зависит прежде всего от сил трения и тяжести. В отличие от этого динамическая мощность - это мощность, расходуемая на ускорение и замедление. Обе эти составляющие в различных приводных системах проявляются по-разному.Горизонтальное / вертикальное движение Это взаимодействие можно пояснить на примере вертикального и горизонтального движения: 

Для наглядности сравнения будем исходить из того, что масса, скорость и ускорение в обоих примерах одинаковы.
Сила Вертикальное движение Горизонтальное движение Сила тяжести большая нуль Ускоряющая сила одинаково большая Сила трения в данном примере опускается Из этого примера следует, что подъемное устройство потребляет в целом больше мощности, чем транспортное. Кроме того, в приводе подъемного устройства 90% мощности двигателя расходуется на преодоление силы тяжести (статическая мощность).В отличие от этого в приводе транспортного устройства 90 % мощности двигателя расходуется на создание ускоряющей силы (динамическая мощность).Подъемное устройство с противовесом Еще один вариант применения - подъемное устройство с противовесом. При 100%-ном равновесии влияние силы тяжести отсутствует, но мощность на ускорение удваивается, поскольку удвоилась ускоряемая масса. Тем не менее, полная мощность меньше, чем в случае подъемного устройства без противовеса.
Силы сопротивления
Силы сопротивления - это силы, которые противодействуют движению.Силы статического сопротивления Трение сцепления и трение скольжения


Силы динамического сопротивления.Ускоряющая сила

КПД
Общий КПД приводной системы - это произведение КПД всех ее отдельных участков. Как правило, это:
КПД редуктора

КПД нагрузки

Общий КП

Вращающий момент

Мощность

При расчете статической и динамической мощности эти составляющие общего КПД следует рассматривать отдельно.
Расчет движения ходового винта

Динамический вращающий момент рассчитывается по формулам линейного движения.
Специальные формулы


Список литературы:

Бессекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического управ- ления. ― М.: Наука, 1975. Беспалов В.Я.,
Котеленец Н.Ф. Электрические машины. — М.: Ака- демия, 2006.
Борисов Ю.М., Липатов Д.Н., Зорин Ю.Н. Электротехника. — М.: Энергоиздат, 1985.
Забродин Ю. С. Промышленная электроника. — М.: Высш. шк., 1982.
Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины: учеб. для вузов: в 2 т. — М.: Издательский дом МЭИ, 2004. — Т.1. — 652 с. — Т.2. — 532 с.
Ильинский Н.Ф. Основы электропривода. — М.: Издательский дом МЭИ, 2007.
Ильинский Н.Ф., Козаченко В.Ф. Общий курс электропривода: учеб. для вузов. — М.: Энергоатомиздат, 1992.
Ключев В.И. Теория электропривода. ― М.: Энергоатомиздат, 2001. Машиностроение: энциклопедия: в 40 т. Том IV-2, книга 1: Электро- привод / под общ. ред. проф. Л.Б. Масандилова. — М.: Машиностроение, 2012.
Никулин Н.А. Основы теории автоматического управления. Частот- ные методы анализа и синтеза систем. — СПб.: БХВ-Петербург, 2012.
Онищенко Г.Б. Электрический привод. — М.: РАСХН, 2003
Филиков В.А., Матюнин В.М., Воробьев А.И. Конструкционные и электротехнические материалы. — М.: Высш. шк., 1990.
Фираго Б.И., Павлячек Л.Б. Теория электропривода. — Минск: ЗАО «Техноперспектива», 2004.