КРЕМЕНЧУЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ІНСТИТУТ …saue.kdu.edu.ua/upload/disciplines/SSE/SSE_PZ.pdf12 коефіцієнт тертя кочення колеса

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КРЕМЕНЧУЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ МИХАЙЛА ОСТРОГРАДСЬКОГО

ІНСТИТУТ ЕЛЕКТРОМЕХАНІКИ, ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ

І СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ЩОДО ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ

З НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ

"СПЕЦІАЛЬНІ СИСТЕМИ ЕЛЕКТРОПРИВОДА"

ДЛЯ СТУДЕНТІВ ДЕННОЇ ТА ЗАОЧНОЇ ФОРМ НАВЧАННЯ

ЗА НАПРЯМОМ

6.050702 – «ЕЛЕКТРОМЕХАНІКА»

(У ТОМУ ЧИСЛІ СКОРОЧЕНИЙ ТЕРМІН НАВЧАННЯ)

КРЕМЕНЧУК 2014

Методичні вказівки щодо практичних занять з навчальної дисципліни

«Спеціальні системи електропривода» для студентів денної та заочної форм

навчання за напрямом 6.050702 – «Електромеханіка» (у тому числі скорочений

термін навчання)

Укладачі: старш. викл. Ю. В. Зачепа,

асист. О. А. Хребтова

Рецензент к.т.н., доц. В. О. Огарь

Кафедра САУЕ

Затверджено методичною радою Кременчуцького національного університету

імені Михайла Остроградського

Протокол №____ від__________

Голова методичної ради ______________ проф. В. В. Костін

3

ЗМІСТ

Вступ……………...…………………………………………………………... 4

1 Теми та погодинний розклад практичних занять іа самостійної роботи. 6

2 Перелік практичних занять……………………………………………….. 7

Практичне заняття № 1 Приведення моментів інерції спеціальних

електроприводів.………………….…………….……………………….. 7

Практичне заняття № 2 Електромеханічні характеристики

спеціальних електроприводів.……………………………...................... 14

Практичне заняття № 3 Перехідні процеси в спеціальних

електроприводах.……………………….……………………………….. 27

Практичне заняття № 4 Енергетичні характеристики спеціальних

електроприводів.………………………………………………………… 33

Практичне заняття № 5 Вибір потужності спеціальних

електроприводів.………………………………………………………… 43

3 Питання до модульного контролю………………………………………. 54

4 Питання до іспиту…………………………………………………………. 56

5 Критерії оцінювання знань студентів…………………………………… 59

Список літератури…………………………………………………………… 60

Додаток А Основні розрахункові співвідношення…………………………. 62

4

ВСТУП

Метою викладання дисципліни “Спеціальні системи електропривода” є

вивчення основ проектування, налагодження та експлуатації сучасних систем

керування електроприводів усіх типів.

Дисципліна базується на використанні фізичних уявлень та методів

синтезу систем керування електроприводів, теорії автоматичного керування, а

також на змісті попередніх загальнонаукових і спеціальних курсів “Теорія

електропривода”, “Електричні машини”, “Теорія автоматичного керування”.

У результаті вивчення дисципліни студенти повинні знати особливості

роботи та будову спеціальних електричних машин, спеціальних джерел

живлення електричних машин у складі електропривода, спеціальних систем

електроприводів постійного та змінного струмів та отримати навички щодо

розрахунку статичних, динамічних та енергетичних характеристик спеціальних

електричних машин та електроприводів, розрахунку необхідних параметрів для

вибору електромеханічного обладнання спеціальних систем електроприводів,

проведення аналізу отриманих рішень щодо якісних показників роботи

електроприводів.

Методичні вказівки щодо практичних занять і самостійної роботи містять

короткі теоретичні відомості, розгорнутий приклад виконання самостійної

роботи, варіанти завдань, контрольні запитання, а також запитання до модуля

та іспиту.

Розроблений методичний матеріал дозволяє опанувати методику

розрахунків параметрів та характеристики електропривода як

загальнопромислового випуску, так і спеціальних типів електрообладнання.

Після вивчення дисципліни студенти повинні

знати:

− особливості роботи та будову спеціальних електричних машин;

− особливості роботи та будову спеціальних джерел живлення

електричних машин у складі електропривода;

5

− особливості роботи та будову спеціальних систем електроприводів

постійного та змінного струмів;

уміти:

− розраховувати статичні, динамічні та енергетичні характеристики

спеціальних електричних машин та електроприводів;

− розраховувати необхідні параметри щодо вибору

електромеханічного обладнання для спеціальних систем електроприводів;

− проводити аналіз отриманих рішень щодо якісних показників роботи

електропривода;

мати уявлення: про сучасний стан і тенденції розвитку спеціальних

електричних машин та автоматизованого електропривода.

6

1 ТЕМИ ТА ПОГОДИННИЙ РОЗКЛАД ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ

І САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ

Но-

мер

теми Тема

Денна форма

скороч. т. н.

Заочна форма

повн./скороч.

К-сть.

год.

(лекц)

К-сть.

год.

СРС

К-сть.

год.

(лекц)

К-сть.

год.

СРС

1 Приведення моментів інерції

спеціальних електроприводів

2 4 -/- 2/2

2 Електромеханічні

характеристики спеціальних

електроприводів

2 4 1/2 6/6

3 Перехідні процеси в

спеціальних електроприводах

4 4 1/2 6/6

4 Енергетичні характеристики

спеціальних електроприводів

2 8 1/1 4/4

5 Вибір потужності спеціальних


2 4 1/1 -/-

7

2 ПЕРЕЛІК ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ

Практичне заняття № 1

Тема. Приведення моментів інерції спеціальних електроприводів

Мета: набуття навичок розрахунків параметрів електромеханічних

систем з урахуванням особливостей механічних з’єднань.

Короткі теоретичні відомості

Електромеханічна система містить у собі обертову частину двигуна

(ротор або якір), робочий орган механізму, який здійснює поступальний рух і

приєднаний до вала двигуна через передавальний механізм (редуктор), і

перетворювач поступального руху на обертальний – барабан з канатом.

Зовнішніми силами, або моментами, які діють на електромеханічну систему, є

рушійна сила або електромагнітний момент, що розвиває двигун, – F , M і

сила, або момент, статичного опору – CF , CM , до яких входять сила й момент,

зумовлені виконанням роботи робочим органом, тобто створені робочими

органами механізмів і силою або моментом тертя, що діють у всій механічній

частині електропривода.

Зазвичай найбільш зручно виконувати зведення всіх названих сил і

моментів до вала двигуна (іноді – до будь-якого елемента, у тому числі до

робочого органа).

Приведення інерційних мас і моментів інерції окремих механічних ланок

єдиної електромеханічної системи до вала двигуна полягає в заміні всіх мас і

моментів інерції одним еквівалентним моментом інерції åêâJ на валу двигуна. З

урахуванням умов (1.1) отримаємо:

n

i

n

i

jjiabåêâ /Vm/J/J/J

1 1

221

21

21 2222 , (1.1)

звідки

n

i

n

i

jjiabåêâ Pm/JJJ

1 1

212 . (1.2)

8

Зазвичай у каталогах для двигунів указується маховий момент 2GD ,

виражений у 2êã ì . У цьому випадку момент інерції в системі СІ визначається

зі співвідношення 42 /GDI . При приведенні обертальних ³ і поступальних

jL переміщень ураховується відоме співвідношення швидкостей, яке

виражається передаточним числом jL1 або радіусом приведення jP1 .

Виходячи з цього, у загальному випадку переміщення механічних ланок у

системі електропривода пов’язані так:

jjiii_ïð P/Li 11 . (1.3)

Приведення моментів сил опору елементів кінематичного ланцюга

здійснюється на основі балансу потужності в механічній частині

електропривода. Якщо для механічної частини привода відомий ККД

механічної передачі n , то з балансу потужностей при передачі потужності від

двигуна до робочого органа і назад обертальним і поступальним рухом

відповідно:

no.po.po.po.pn.o.po.pc /PFi/Mi/MM 111 , (1.4)

де cM – приведений до вала двигуна статичний момент опору робочого

органа; .p oM , o.pF – момент і зусилля навантаження на робочому органі; o.pL1 ,

o.pP1 – передаточне відношення редуктора та радіуса приведення зусилля

навантаження до вала двигуна, які визначаються за конструктивними

параметрами перетворювальних механізмів. Формула (1.4) правдива лише для

одномасової розрахункової схеми.

Сумарний приведений до вала двигуна момент статичного навантаження

cM у загальному випадку визначається з урахуванням співвідношень (1.4):

q

i

jjj

p

i

iiioc /PFi/MM

1

1

1

11 , (1.5)

де p і q – число зовнішніх моментів iM і сил jF , прикладених до системи,

крім електромагнітного моменту двигуна; 1i , 1 j – ККД відповідних передач.

9

Приклади виконання практичних робіт

Приклад 1. Визначити потужність, що розвивається двигуном лебідки

(рис. 1.1) при підйомі і спуску вантажу з постійною швидкістю v = 0,9 м/с, і

момент, який повинен розвиватися двигуном при пусках на підйом і на спуск з

прискоренням 0,5 м/с2. Статичний момент, приведений до вала двигуна при

підйомі, Мс = 42 кГ∙м, а при спуску він є активним і дорівнює 34 кГ∙м.

Приведений до вала двигуна момент інерції механізму Jмех = 0,0815 кг∙м∙с2.

Момент інерції ротора двигуна Jд1= 4815,0 кг∙м∙с2. Швидкість двигуна

nд=14301об/хв.

Рисунок 1.1 – Кінематична схема механізму підйому та спуску вантажу

Методичні вказівки щодо виконання практичної роботи № 1

Потужність, яка розвивається двигуном при підйомі вантажу:

761974

143042

974,

nMP äc

[кВт].

або

7617149412 ,.MP äc [кВт],

де 41242 9.8142gM c Н∙м; 7149143014322

.60

.

60

nä

рад/с.

Потужність, що надходить з боку механізму на вал двигуна при спуску

вантажу:

849975

143034

975,

nMP äc

кВт.

10

Оскільки при спуску приведений статичний момент активний, то двигун

буде працювати в гальмівному режимі.

Момент, що розвивається двигуном при пуску на підйом:

dt

dJM

dt

dJÌMMM cñäèíc

1 ;

де dt/d – перша похідна швидкості, що відображає прискорення двигуна.

824042503090

14301434815042

,

,

,,M кГ∙м.

Момент, що розвивається двигуном при пуску на спуск:

dt/dvJÌMMM äèíñäèíc1 ;

64034503090

14301434815034

,

,

,,M кГ∙м.

Двигун буде працювати у рушійному режимі.

Приклад 2. Визначити величину моменту на валу між двигуном і

маховиком, а також на валу між маховиком і першою шестірнею механізму

прокатного стану (рис. 1.2) при пуску двигуна на неробочому ходу і під

навантаженням. Втратами потужності у двигуні та маховику можна знехтувати.

Момент, що розвивається двигуном при пуску, Мд = 560 Н∙м. Статичний

момент при пуску під навантаженням складає Мс =312,2 Н∙м. Момент інерції

маховика, приведений до вала двигуна, Jм =78,9 кг∙м∙с2, решти частини

механізму Jмех =0,5 кг∙м∙с2, маховий момент 40GD

2 2êã ì .

D1

D2

D3

L2

L3

L1

Z1

Z2Z3

Z4

Рисунок 1.2 – Кінематична схема механізму прокатного стану

11

Розв’язок

Загальний момент інерції механізму і ротора двигуна

48910509784

405097842 ,,,.,/GDJJJ äìåõmîá кг∙м∙с

2

Прискорення двигуна при пуску під навантаженням:

772489

2312560,

,

,

J

ÌM

dt

d

îá

ñä

1/с2.

Момент на валу між двигуном і маховиком при пуску під навантаженням:

35322285607724

40560 ,,,

dt

dJÌÌ ä

Н∙м.

Момент на валу між маховиком і першою шестірнею при пуску під

навантаженням:

753132524656077297810560 ,,,),(dt

d)JJ(MM ìää

Н∙м.

Прискорення двигуна при пуску на холостому ходу:

266489

560,

,J

M

dt

d

îá

ä

1/с2.

Момент між двигуном і маховиком при пуску на холостому ходу:

44976625602664

40560 ,,,

dt

dJÌÌ ää

Н∙м.

Момент на валу між маховиком і першою шестернею при пуску на

неробочому ходу:

dt/d)JJ(MM ìää ;

53955656026697810560 ,,,),(M Н∙м.

Приклад 3. Визначити приведений до вала двигуна статичний момент при

підйомі завантаженого скіпа і маховий момент, приведений до вала двигуна

рухомих частин скіпового підйомника (рис. 1.3).

Маса скіпа з вантажем G = 4000 кг, діаметр колеса скіпа Dк = 250 мм,

діаметр цапфи осей коліс Dц = 30 мм; коефіцієнт тертя в цапфі μ = 0,1;

12

коефіцієнт тертя кочення колеса по рейці f = 0,06 см, коефіцієнт, що враховує

тертя реборди колеса об рейку, К = 1,35. Кут нахилу α = 45°. Коефіцієнт

корисної дії барабана і передачі η = 0,85. Швидкість підйому скіпа v = 1,2 м/с.

Швидкість обертання двигуна nд = 785 об/хв.

Приведений до вала двигуна маховий момент, зумовлений масами

барабана, напрямного колеса, каната та редуктора, складає 2,1 кг∙м2.

α

Рисунок 1.3 – Кінематична схема механізму підйому скіпа

Розв’язок

Сила, яка діє на канат, зумовлена масою скіпа з вантажем:

282870704000454000 ,coscosGF кг.

Сила, яка діє на колесо скіпа:

282870704000454000 ,sinsinGF кг.

Сила, яка діє на канат, зумовлена тертям реборд і коліс об рейки і тертям

у цапфах коліс:

2640605110512

2828351 ,),,,(

,,)fr(

R

FÊF ö

kòð кг.

Сумарна сила, яка діє на канат:

228922642828 ,,FFF òðòÿãè кг.

Приведений до вала двигуна статичний момент:

51850

1

735143

302122892

,,

,,

vFM

äòÿãèc

кг∙м.

13

Приведений до вала двигуна момент інерції від поступального руху мас

скіпа з вантажем:

0910735143

3021

819

4000 22 ,),

,(

,)

v(

g

GJ

äï

кг∙м∙с

2.

Маховий момент скіпового підйомника, приведений до вала двигуна:

6751281942 ,,,JGD n кг∙м2.

Завдання до теми

Задача 1. Визначити час розбігу електропривода з нерухомого стану до

швидкості nд = 720 об/хв, якщо середнє значення моменту, що розвивається

двигуном при пуску, Мд = 431,2 Н∙м, а маховий момент привода, приведений до

вала двигуна, GD2 = 35 кг∙м

2. Статичний момент на валу двигуна Мс = 78,4 Н∙м.

Задача 2. Визначити час гальмування до зупинки електропривода, якщо

середній гальмівний момент двигуна Мд = 90 кГ∙м, приведений до вала двигуна

момент статичного опору Мс = 30 кГ∙м, маховий момент GD2

= 50 кг∙м2.

Початкова швидкість двигуна nд = 582 об/хв.

Задача 3. Визначити статичний момент на валу двигуна ножиць

(рис.11.4) для положень механізму, відповідних кутам α =30 і 45°. Зусилля

різання F = 2000 кг, ККД механізму і редуктора η = 0,75, r1 = r2 = 1,5 м, l =1,2 м,

D = 0,6 м. Передаточне число редуктора u = 20.

Контрольні питання

1. Навести класифікацію спеціальних систем електропривода постійного

струму.

2. Навести класифікацію спеціальних систем електропривода змінного

струму.

3. Дати характеристику факторів, що впливають на точну зупинку

тягових електроприводів постійного струму.

4. Навести способи підвищення точності зупинки електроприводів.

5. Охарактеризувати багатодвигунні системи узгодженого обертання

електроприводів постійного струму.

14

Література: [5-8, 15, 17-20].

D

nr1

r2

Рисунок 1.4 – Кінематична схема механізму ножиць


Тема. Електромеханічні характеристики спеціальних


Мета: набуття навичок розрахунку параметрів та аналізу статичних

режимів роботи спеціальних електроприводів.


Параметром, що визначає режим роботи двигуна, є створюваний ним

момент M . Момент двигуна залежить від його швидкості, водночас швидкість

двигуна змінюється зі зміною навантаження (моменту опору cM ) на його валу.

Взаємозв'язок моменту двигуна і його швидкості визначає механічні

характеристики електродвигуна (електропривода) )M(f або )(fM .

Для електродвигуна поступального руху механічна характеристика виражає

залежність лінійної швидкості від зусилля )F(fV .

Момент опору cM , що створюється на валу робочого органа машини,

15

також може бути функцією швидкості. Залежність моменту опору, приведеного

до швидкості вала двигуна, )V(fM c є механічною характеристикою

робочого механізму. Для поступального руху ця залежність має вигляд:

)F(fFc .

Механічні характеристики зображуються в полі осей координат і M .

Вісі координат ділять поле на 4 квадранта (рис. 2.1). У першому квадранті

зображуються механічні характеристики двигуна при роботі у двигунному

режимі, у другому – при роботі в гальмівних режимах. У третьому квадранті

зображуються механічні характеристики двигуна при роботі у двигунному

режимі зі зворотним ( ) напрямком швидкості обертання. У четвертому

квадранті – механічні характеристики двигуна при роботі в гальмівному

режимі з від’ємним напрямком швидкості обертання (у тому числі й в режимі

противмикання зі спуском вантажу).

III

III IV

Двигунний

режим

Гальмівний

режим

Двигунний

режим для

зворотного

напряму руху

Гальмівний

режим при

спуску

вантажу

-М +М

+ω

-ω

Рисунок 2.1 – Поле координат M Рисунок 2.2 – Визначення жорсткості

механічної характеристики

Основним параметром, що визначає вид механічної характеристики, є її

жорсткість (рис. 2.2):

/Md/dM . (2.1)

Якщо механічна характеристика прямолінійна, то її жорсткість постійна і

дорівнює тангенсу кута нахилу характеристики до осі ординат. Якщо

16

характеристика криволінійна, то жорсткість визначається тангенсом кута

нахилу дотичної до механічної характеристики в даній точці. Як правило,

жорсткість механічної характеристики двигунів від’ємна.

Жорсткість характеризує здатність двигуна сприймати підключення

навантаження (моменту). Із (2.1) випливає, що

/M .

Якщо при підключенні навантаження M швидкість зменшується

незначно, то механічна характеристика вважається жорсткою. Якщо при тому

самому значенні навантаження, що прикладається, відбувається значна зміна

швидкості, то таку характеристику називають м'якою.

На рис. 2.3 показані природні механічні характеристики основних видів

електродвигунів обертального руху:

1 – двигуна постійного струму незалежного збудження ДПС НЗ; його

механічна характеристика має високу жорсткість, сталу у всіх точках;

2 – двигуна постійного струму послідовного збудження ДПС ПЗ; жорсткість

його механічної характеристики змінна, вона низька при малих навантаженнях

і підвищується в міру зростання моменту;

3 – асинхронного двигуна АД; його механічна характеристика має дві явно

виражені частини: робочу (з високою сталою від’ємною жорсткістю) і

криволінійну (із змінною додатною жорсткістю); друга частина характеристики

використовується тільки під час пуску двигуна;

4 – синхронного двигуна СД; він має абсолютно жорстку механічну

характеристику, паралельну осі абсцис.

Наведені на рис. 2.3 характеристики називають природними механічними

характеристиками. Такі характеристики відповідають типовій схемі їх

увімкнення, номінальній напрузі і частоті живлення та відсутності в колах

обмоток двигуна додаткових елементів.

17

ω

M

4

3

12

Рисунок 2.3 – Природні механічні характеристики двигунів:

1 – ДПС НЗ; 2 – ДПС ПЗ; 3 – АД; 4 – СД

Штучні (або регулювальні) механічні характеристики отримують, коли з

метою регулювання змінюються параметри напруги живлення або в кола

обмоток вводяться додаткові елементи (активні або індуктивні опори,

напівпровідникові вентилі та ін.).


Приклад 1. Вентилятор, який має механічну характеристику

М%1=5+95(n%/100)2, приводиться в рух двигуном постійного струму з

паралельним збудженням Рн=9,5 кВт, Uн=110 В, Ін=105 А, nн=1090 об/хв,

rя.д.=0,08 Ом. Двигун живиться від окремого генератора з параметрами:

Pн=11,51кВт, U=110 А, nн=1460 об/хв, rя.г.= 24 Ом. Діапазон регулювання

швидкості вентилятора: 6msn

í

n

nD .

Знайти:

1) рівняння механічних характеристик двигуна при роботі на вищій та

нижчій швидкості;

2) величину струму при роботі з найбільшою і найменшою швидкостями;

3) величину додаткового опору, який повинен бути ввімкнений у ланцюг

18

збудження генератора для отримання найменшої швидкості.

Припустити, що швидкість генератора при зміні навантаження

залишиться постійною.


Швидкість ідеального холостого ходу двигуна:

1180080105110

11010900

,r²U

Unn

.ä.ÿ.ä.í.ä.í

.ä.í.ä.í об/хв.

Для того щоб двигун мав номінальну швидкість nн при роботі з

навантажувальним моментом на валу Мс=Мн, необхідно, щоб ЕРС генератора

дорівнювала:

31180790105110 ,,r²UE .ã.ÿ.ä.í.ä.í.ã.í В.

Швидкість ідеального холостого ходу двигуна в системі генератор–

двигун:

1269110

3118118000

,

U

Ånn

.ã.í

.ã.íñèñò об/хв.

Коефіцієнт ЕРС двигуна:

09301090

080105110,

,

n

r²Uñ

.ä.í

.ä.ÿ.ä.í.ä.íå

.

Коефіцієнт моменту двигуна:

090031

0930

031,

,

,

,

ññ å

Ì .

Номінальний момент на валу двигуна:

581090

59975975 ,

,

n

ÐÌ

.ä.í

íí кГ∙м.

Рівняння механічної характеристики двигуна при роботі з номінальною

швидкістю:

Ì,

,Ì

Ì

snnn

í

íñèñòñèñò

58

1410126912690

0

,

або n =1269 – 21М;

19

.,n

nns

ñèñò

.ä.íñèñòí 1410

1269

10901269

0

0

Мінімальна швидкість обертання двигуна:

1826

1090

6 .ä.í

min

nn об/хв.

або n mіn%=100/6=16,7 %.

Момент вентилятора при мінімальній швидкості:

6571007169552

,)/,(%Mmin

%;

650100

58657

100,

,,M%MM ímin

min

кГ∙м.

Швидкість ідеального неробочого ходу на механічній характеристиці,

відповідній нижчій швидкості,

n min= n 0min – 21Мmin;

n0mi n=182+21∙0,65=195,6 об/хв.

Рівняння механічної характеристики при роботі на нижчій швидкості

n=195,6 – 21М.

Струм у якорі при роботі двигуна з максимальною швидкістю

105 .ä.ímax II А.

Струм у якорі при роботі двигуна з мінімальною швидкістю

858

650105

,

,

Ì

ÌII

ìàõ

min.ä.ímin А.

Потік в обмотці збудження генератора при роботі двигуна з нижчою

швидкістю

4151001269

6195100

0

00

0 ,,

n

nÔ

ñèñò

m³n %.

За універсальною кривою намагнічування (рис. 2.1) знаходимо струм

збудження: Із% = 4,5 %.

Додатковий опір в обмотці збудження генератора

20

100

54,

Rr

r

ä.ã.â

.ã.â

;

85082454

54100,

,

,Rä

Ом.

Ф, %

І, %

20

40

60

80

100

20 40 60 80 100 120 140

Рисунок 2.1 – Універсальна крива намагнічування для ДПС

Приклад 2. Яку швидкість буде розвивати асинхронний двигун

Рн=22,51кВт, Uн =380 В, nн =1460 об/хв, r1 =0,2 Ом, r’2 =0.24 Ом, х1 =0,39 Ом,

х’2=0,46 Ом при навантаженні номінальним моментом, якщо в коло ротора

ввімкнений опір, приведене значення якого дорівнює 1,2 Ом, а в коло статора –

індуктивний опір 0,75 Ом.

Розв’язок

Номінальний момент двигуна

171471460

52295509550 .

,

ï

ÐM

í

íí Н∙м.

Критичний момент

21

782564607503902020

220

1500

3314

3314

22

2

221

211

21

,),,,(,,

,

)õxx(rr

U

n

,M

'ä

ô

ck

Критичне ковзання

893046075039020

21240

22221

21

2 ,),,,(,

,,

)õxx(r

Rrs

'ä

'ä

'

k

.

Ковзання при номінальному навантаженні двигуна

í

k

k

í

êí

s

s

s

s

ÌM

2

;

í

í

s

,

,

s

,,

8930

8930

78256217147

;

У результаті отримуємо рівняння вигляду

0801432 ,s,s íí .

При розв’язку рівняння отримали корені

;,,,,,sí 286157180462571

sн1 =1,57 + 1,286 = 2,85; sн2 =1,57 – 1,286 = 0,28.

Беремо sн2 = 0,28, оскільки sн1 не відповідає рушійному режиму.

Швидкість обертання двигуна

n = n с(1 – sн2) =1500 (1-0,28)=1080 об/хв.

Приклад 3. Для стартерного електродвигуна постійного струму

послідовного збудження, електропостачання якого здійснюється від

акумуляторної батареї (дані електродвигуна та акумуляторної батареї наведені

в табл. 2.1), визначити:

1. Напругу на затискачах електродвигуна при пуску.

2. Потужність, що споживає електродвигун при пуску.

3. Потужність, що споживає електродвигун на холостого ходу.

4. Опори обмотки якоря та послідовної обмотки збудження.

5. Електричні втрати в двигуні на холостого ходу.

Н∙м.

22

6. Механічні втрати в електродвигуні.

7. Момент холостого ходу, корисний (номінальний) та електромагнітний

моменти електродвигуна.

8. За значеннями Мн.о., Мном, М2к.н. та nн.о, nя.ном і nя=0 побудувати механічну

характеристику електродвигуна, зробити висновок щодо пускових

властивості електродвигуна.

Таблиця 2.1 – Вихідні дані до задачі

Тип

стартера

Максимально

допустима

ємність

акумуляторної

батареї при

tел=20оС, С20

Параметри стартерного двигуна

Номінальний Режим

холостого ходу

Режим пуску

(повного

гальмування)

Uном Pном na.н. Iн.о.0 Uн.о. nн.о. Iк.н. M2к.н.

Агод В кВт хв

-1 А В хв

-1 А Нм

СТ2-А 90 12 1,6 1200 80 12 4000 650 29,5

Розв’язок

Напругу на затискачах двигуна при пуску визначаємо за рівнянням:

)Ñ,

Ià(UU ÊÍ

áíîìKH20750

1 ,

де аб – коефіцієнт, що враховує умови розряду та конструктивні особливості

акумуляторної батареї.

Для батарей ємністю до 100 Агод аб =0,05; при перевищенні аб =0,057.

Тоді:

2790750

550050112 ,)

,.(U KH

В.

Потужність, яка споживається при пуску:

396055027ÊÍ ,IUÐ KHÊÍ Вт.

Потужність, яка споживається на холостого ходу:

9007512 HOHOÍÎ IUÐ Вт.

23

Номінальний момент на валу двигуна:

7121200

61955095502 ,

,

n

ÐÌ

a.n.

ÍÎÌÍÎÌ Нм.

Опір обмотки якоря та послідовної обмотки збудження:

0130550

27,

,

²

URRR

ÊÍ

ÊÍïîñëàñò Ом.

Електричні втрати у двигуні на холостого ходу:

073001307522 ,,R²ΔÐ ñòÍÎåë.ÍÎ кВт.

Механічні втрати у двигуні:

8270073090 ,,,ΔÐÐΔÐ åë.ÍÎÍÎìåõ кВт.

Момент холостого ходу:

9714000

8270955095502 ,

,

n

ÐÌ

ÍÎ

ìåõÍÎ Нм.

Електромагнітний момент двигуна:

67149717222 ,,,ÌÌÌ ÍÎÍÎÌåì Нм.

Опір обмоток якоря беруть ñòa R,...,R 650450 , тоді:

00730013050560 ,,,R,R còa Ом,

0,00570,0073-0,013 ÿñòïîñë RRR Ом.

За значеннями моментів та швидкостей будуємо механічну

характеристику двигуна n=f(M).

4000

2000

0 2211

n

М

М2кнМ2номМ2НО

Рисунок 2.2 – Механічна характеристика стартерного ДПС

24

Висновок: у початковий момент пуску ДПС з послідовним збудженням

розвиває великий обертальн момент 22 Нм, що приблизно у 2 рази перевищує

номінальний 12,7 Нм і дозволяє забезпечити стартерному пристрою пускову

частоту обертання колінчастого вала.


Задача 1. Генератор Г постійного струму незалежного збудження

Рн=411кВт, Uн=230В, Ін=178 А, rя.г.=0,06 Ом живить два однакові паралельно

увікнені двигуни (Д1, Д2): Рн=20,5 кВт, Uн=220В, Ін=103,9 А, nн=750 об/хв,

rя.д.=0,138 Ом (рис. 2.3).

Г Д1 Д2

~

+-

АД

Рисунок 2.3 – Схема генератора постійного струму

Магнітні потоки двигунів однакові. Збудження Г підібрано так, що при

повному навантаженні Д1 і Д2 напруга на їх затискачах дорівнює номінальній.

Визначити швидкості обертання двигунів, якщо навантаження на Д1

складає Мс1=0,1Мн , а на Д2 – Мс2=1,2Мн.

Задача 2. Двигун постійного струму з послідовним збудженням

Рн=251кВт, Uн=220 В, Ін=134 А, nн=885 об/хв, rя.=0,093 Ом, r=0,062 Ом працює

на природній характеристиці з реактивним моментом навантаження, при якому

швидкість його складає 150 % від номінальної.

Визначити:

1) величину опору, який необхідно увімкнути, щоб при перемиканні

двигуна в режим противмикання ЕРС була рівна номінальній напрузі;

25

2) встановлену швидкість при цьому опорі, ураховуючи, що момент

навантаження не змінився.

Задача 3. Вал асинхронного двигуна Рн=8 кВт, І1н=18,3 А, nн=940 об/хв,

Е2к =152 В, І2н =33 А жорстко з’єднані з валом машини постійного струму

паралельного збудження Рн=9,5 кВт, Uн=110 В, Ін=105 А, nн=980 об/хв,

rя=0,081Ом, що працює в режимі динамічного гальмування.

Визначити:

1) величини опорів, які необхідно ввімкнути в коло ротора асинхронного

двигуна і якоря машини постійного струму, щоб отримати дві механічних

характеристики агрегату; одна характеристика повинна проходити через точки:

т.А (М=0, n01=nс) і т. Б (М=Мн, n=0,85nс), а друга повинна бути паралельна

першій і проходити через т. В (М=0, n02=0,3nс),(рис. 2.4);

2) найбільше значення моментів, що розвиваються в кожній з машин при

роботі агрегату на нижній механічній характеристиці, якщо статичний момент

на валу змінюється від 6,6 до 2,6 кГ∙м.

RT

+ -

Rg

n01

n02

Mн

А

Б

n

M

В

Рисунок 2.4 – Схема установки та механічні характеристики ДПС

При розрахунку припустити, що:

а) механічна характеристика асинхронного двигуна прямолінійна і

проходить через точку холостого ходу;

б) перша механічна характеристика агрегата виходить при розімкненому

26

колі якоря машини постійного струму.

Задача 4. Виконати завдання Прикладу 3 відповідно до варіанта табл. 2.2.


№ Тип

стартера

Максимально

допустима

ємність

акумуляторної

батареї при

tел=20оС, С20

Параметри стартерного двигуна

Номінальний

Режим

неробочого

ходу

Режим пуску

(повного

гальмування)

Uном Pном nя.н. Iн.о.0 Uн.о. nя.н.о. Iк.н. M2к.н.

Агод В кВт хв-1

А В хв-1

А Нм

1

2

3

4

5

6

7

8

9

СТ2-А

СТ4-А1

СТ103-А

СТ23.3708

СТ130-А3

СТ142-Б

СТ231.3708

СТ230-А1

СТ230-Б1

90

55

182

55

90

190

75

75

75

12

12

24

12

12

24

12

12

12

1,8

0,59

8,0

1,5

1,8

7,7

1,5

2,5

1,5

1100

1600

1200

1550

1200

1500

1550

1400

1200

80

75

110

70

90

130

70

85

85

12

12

24

12

12

24

12

12

12

3500

4000

5000

4000

3400

6000

4000

4000

4000

650

315

825

660

700

800

660

550

550

29,5

9,0

60,0

22,0

22,0

49,0

22,0

22,0

22,0

Задача 5. Асинхронний двигун з контактними кільцями Рн=15,5 кВт,

Uн=380 В, І0д=17,6 А, nн=1425 об/хв, r1 =0,6 Ом, r2’=0,5Ом, Е2к=232 В працює в

режимі динамічного гальмування. Схема вмикання обмотки статора наведена

на рис. 2.5. Напруга динамічного гальмування становить 78 В.

Визначити величину опору, який необхідно ввімкнути в коло ротора, щоб

при моменті М=0,7Мн двигун розвивав швидкість 70 % від синхронної.

Припусти, що двигун працює на лінійному відрізку механічної характеристики:

М=0, n=0 і М=Мн, n=nн.

RLr

Ls

Рисунок 2.5 – Схема вмикання обмоток АД

27

Задача 6. Довести, що в системі електричного вала (рис. 2.6) з двома

однаковими асинхронними двигунами Д1 і Д2 струм у реостаті дорівнює нулю

при куті неузгодженості 180 електричних градусів.

R

Д1 Д2

Рисунок 2.6 – Схема вмикання реостата в систему «електричний вал»


1. Дати характеристику систем «електричний вал» з основними робочими

машинами.

2. Охарактеризувати принципи фазування машин у системі «електричний

вал».

3. Навести характеристики системи «електричний вал» зі зрівняльними

асинхронними машинами, що обертаються проти поля.


асинхронними машинами, що обертаються за полем.


синхронними машинами.

Література: [5-8, 15, 17-20].


Тема. Перехідні процеси в спеціальних електроприводах

Мета: набуття навичок розрахунку параметрів та аналізу динамічних

28

режимів роботи спеціальних електроприводів.


У спеціальних мікродвигунів постійного струму (ДПС) час протікання

електромагнітних перехідних процесів значно менший, ніж час протікання

електромеханічних процесів. Тому динамічні властивості виконавчого

мікродвигуна при перехідних процесах можна досліджувати за допомогою

рівняння рівноваги моментів:

dt/JdMM ñò , (3.1)

де М – обертальний момент двигуна; Мст – статичний момент опору на валу;

J – момент інерції ротора.

З виразу (3.1) видно, що зміна кутової швидкості ротора ω в часі

визначається законом зміни обертального моменту від кутової швидкості,

тобто механічною характеристикою. Згідно з механічною характеристикою

ДПС:

00

ïM

)(

M

, (3.2)

де 0 і nM – значення швидкості холостого ходу і пускового моменту при

коефіцієнті α сигналу керування.

Рівняння (3.1) з урахуванням (3.2.) матиме вигляд (при Мст=0):

00

dt

d

MJ

ï

. (3.3)

При якірному керуванні

00 , ïï MM , (3.4)

а рівняння (3.3) набуде вигляду

00

dt

d

MJ

ï

, (3.5)

При полюсному керуванні

/00 , ïï MM , (3.6)

а рівняння (3.3) набуде вигляду

29

2

0

2

0

dt

d

MJ

ï

. (3.7)

Розв’язання рівнянь (3.5) і (3.7) для режиму пуску має вигляд:

)e( ìT

t

1

0,

(3.8)

де ìT – електромеханічна стала часу двигуна.

Вираз (3.8) є рівнянням перехідної характеристики спеціального ДПС,

тобто зміни в часі вихідної величини ω при подачі на вхід деякого постійного

сигналу . Згідно з (3.5), ìT – це час, протягом якого ДПС після подачі

напруги керування ( 0 ) розвиває кутову швидкість рівну íîì

, 6320 :

äïì

k

J

MJT

0 . (3.9)

Електромеханічна стала ìT часу двигуна визначається

– при якірному керуванні ï

ìM

JT 0 , (3.10)

– при полюсному керуванні 2

0

ï

ìM

JT , (3.10')

де 2ÿn kÔ)/(RM/ 0 .

На підставі виразів (3.10) і (3.10') можна зробити висновок:

електромеханічна стала часу прямо пропорційна моменту інерції ротора,

швидкості неробочого ходу і обернено пропорційна пусковому моменту. У разі

якірного керування величина ìT не залежить від коефіцієнта сигналу, а в разі

полюсного – зростає зі зменшенням сигналу. Останнє пояснюється

зменшенням жорсткості механічних характеристик. Від статичного моменту

навантаження на валу двигуна величина ìT не залежить.


Приклад 1. Визначити час розбігу, гальмування противмиканням і

реверса асинхронного короткозамкненого двигуна Рн=15 кВт, nс=1500 об/хв,

30

sн=2,86%, Mk/Mн=2,4, GD2=0,9 кГм

2.

Статичний момент на валу двигуна 3 кГ∙м. Маховий момент механізму,

приведений до вала двигуна, 0,4 кН∙м2.


Номінальна швидкість двигуна

nн=1500(1 – 0,0286) = 1457 об/хв.

Номінальний момент двигуна

05101457

15975975,

n

ÐM

í

íí

кГ∙м.

Критичне ковзання

13101424228601 22 ,),,(,)(ss ík .

Пусковий момент двигуна

226

1

1310

1310

1

0510422

1

1

2,

,

,

,,

s

s

ÌÌ

k

k

êï

кГ∙м.

Середній момент при розбігу

15152

2261224

2,

,,ÌÌM ïê

ñð

кГ∙м.

Механічна стала часу

21603012248194

150014331,

,,

,,

M

JÒ

K

cìê

с.

Час розбігу привода

ññð

ñðk

kìêð

ÌÌ

M)s

s(Òt

2

3

4

1

54031515

15151310

2

3

13104

12160 ,

,

,),

,(,t ð

с.

Момент, що розвивається двигуном при s=2,

163

2

1310

1310

2

0510422

2

2

22 ,

,

,

,,

s

s

ÌÌ

k

k

ês

кГ∙м.

31

Середній момент при гальмуванні

742

163226

2

2 ,,,ÌÌ

M sïñð

кГ∙м.

Час гальмування

ññð

ñðk

kìêã

MM

M)s,

s(Tt

3450

4

3;

760374

7413103450

13104

32160 ,

,

,),,

,(,tã

с.

Час реверсу

tрев=tр + tг = 0,54 + 0,76 = 1,3 с.


Задача 1. Двигун змінного струму з параметрами: Рн=20 кВт,

nс=7501об/хв, sн=2,65%, Mk/Mн=2, GD2=3,2 кг∙м

2 працює з маховиком при

ступінчастому графіку навантаження його вала (рис. 3.1).

Визначити величину опору, який необхідно ввімкнути в коло ротора, щоб

при моменті інерції маховика 140 кг∙м2 максимальний момент, що розвивається

двигуном, не перевищував величину 0,85 Мк. Механічну характеристику в зоні

до М=0,85Мк уважати прямою, що проходить через точки (М=Мн, n=nн) і (М=0,

n=nс).

М, кГм

t

9.5 1.2 9.5 1.2

10

0

10

Рисунок 3.1 – Графік навантаження на валу двигуна

Задача 2. Поворотна платформа екскаватора приводиться в рух

асинхронним двигуном з кільцями Рн=100 кВт, nс=1000 об/хв, sн=2,67%, η=0,89;

32

cosφ=0,83; Mk/Mн=2,8, Е2к =368 В, І2н=170 А, GD2=48 кг∙м

2. Кінематична схема

механізму зображена на рис. 3.2.

Поворотна

платформа

Рисунок 3.2 – Кінематична схема

механізму

Тц

n

t

Рисунок 3.3 – Цикл роботи

механізму

Визначити час циклу при повороті платформи на 180° і назад. Цикл

роботи (рис. 3.3) складається з розбігу двигуна; роботи з усталеною швидкістю;

реверсу, що складається з гальмування противмиканням в один ступінь і

розбігу в один ступінь; далі – знову робота з усталеною швидкістю і

гальмування противмиканням в один ступінь.

У коло ротора двигуна, крім пускових опорів, увімкнений постійний опір,

що призводить до збільшення ковзання двигуна при номінальному

навантаженні в 3 рази. Статичний момент на валу двигуна 0,2Мн, маховий

момент поворотної платформи і передачі, приведений до вала двигуна,

GD2=240 кг∙м

2. Передаточне число і=470. Максимальний момент при пуску і

гальмуванні противмиканням 2,4Мн. Уважати, що механічна характеристика

двигуна є прямою і проходить через точки (nн, Мн), і (nс, М=0).

Задача 3. Визначити час гальмування без навантаження ДПС, що працює

від окремого керованого генератора (система генератор–двигун), шляхом

відключення обмотки збудження від живлення для двох значень розрядного

опору 3 і 5 Ом відповідно. Індуктивність та активний опори обмотки

збудження генератора дорівнюють Lз=2,5 Гн, Rз=1 Ом відповідно. Електрична

33

стала часу двигуна – Те=0,05 с.


1. Охарактеризувати регулювання швидкості спеціальних систем

електропривода з дросельним керування.

2. Дати характеристику тиристорним схемам отримання низьких частот

обертання асинхронних двигунів.

3. Дати характеристику системам сумісного живлення статора АД

постійним та змінним струмами (регулювання швидкості з фіксацією

постійним струмом).

4. Охарактеризувати систему регулювання швидкості при

підмагнічуванні постійним струмом двошвидкісного асинхронного двигуна.

5. Охарактеризувати систему регулювання швидкості при імпульсному

регулюванні частоти обертання асинхронного двигуна.

Література: [5-8, 15, 17-20].


Тема. Енергетичні характеристики спеціальних електроприводів

Мета: набуття навичок розрахунку параметрів енергопроцесів у

спеціальних системах електропривода.


Енергетично електромеханічну систему можна розділити на 3 складові:

– перетворювач електричної енергії (керований випрямляч, регулятор

напруги, перетворювач частоти та ін.) слугує для перетворення електричної

енергії мережі живлення на електричну енергію, зручну за своїми параметрами

(напругою, частотою та ін.) для живлення регульованого електричного

двигуна;

– електромеханічний перетворювач (електрична машина) слугує для

перетворення електричної енергії на регульовану механічну енергію, яка

необхідна для здійснення технологічного процесу; вихідним параметром

34

електромеханічного перетворювача є момент (зусилля), що розвивається

двигуном;

– механічний перетворювач (редуктор, трансмісія) здійснює передачу

механічної енергії від двигуна до робочого органа машини (або назад);

механічний перетворювач перетворює момент і швидкість на валу двигуна до

тих величин моменту і швидкості, які повинні бути на робочому органі за

умовами технологічного процесу.

Будь-яка електрична машина, як електромеханічний перетворювач

енергії, може працювати у двох режимах: рушійному – перетворення

електричної енергії на механічну; гальмівному (генераторному) режимі –

перетворення механічної енергії на електричну. У рушійному режимі (рис. 4.1,

а) електрична енергія, отримана з мережі, без урахування втрат у

перетворювачі й електродвигуні, перетворюється на механічну і передається

робочому органу машини РО.

Гальмівні режими за своїми енергетичними характеристиками можуть

відрізнятися.

Режим рекуперативного генераторного гальмування. У цьому режимі

(рис. 4.1, б) енергія, збережена в рухомих елементах механічної системи, або

потенційна енергія, відбирається від робочого органа (наприклад, у режимі

спуску вантажу), надходить на вал електродвигуна і перетвориться ним, як

генератором, на електричну енергію, яка без урахування втрат в електричній

машині і перетворювачі віддається в мережу живлення; у цьому режимі

електродвигун працює як генератор паралельно з мережею живлення; такий

режим гальмування енергетично є найбільш вигідним, тому енергія

гальмування використовується з користю.

Режим динамічного гальмування. У цьому режимі двигун відключається

від мережі і працює як автономний генератор, навантажений на опір; енергія

гальмування (рис. 4.1, в), що надходить на вал електродвигуна, перетворюється

на електричну і вся витрачається на втрати в електричній машині і (у разі

35

необхідності) у ввімкнених у колі обмоток машини опорах.

РО

Рмех

ЕМС

ΔР

Мережа

Рсп

РО

Рмех

ЕМС

ΔР

Мережа

Ррек

а) рушійний режим б) рекуперативне гальмування

РО

Рмех

ЕМС

ΔР

Мережа

Рсп

РО

Рмех

ЕМС

ΔР

в) динамічне гальмування г) гальмування противмиканням

Рисунок – 4.1 Енергетичні діаграми режимів роботи електропривода

Режим противмикання може використовуватися у двох випадках:

– режим гальмування противмиканням – двигун, що обертається в одному

напрямку, з метою гальмування вмикається у зворотному напрямку; двигун при

цьому споживає електричну енергію з мережі і механічну енергію гальмування,

що надходить на вал електродвигуна (рис. 4.1, г). Сумарна енергія витрачається

на втрати в електродвигуні та в опорах, увімкнених у колах обмоток машини.

Режим характеризується великими втратами енергії;

– режим противмикання при спуску вантажу – використовується в

електроприводах вантажопідйомних механізмів для створення гальмівного

моменту при спуску вантажу; у розглянутому режимі механізм рухається під

дією сили тяжіння вантажу, а електродвигун вмикається в напрямку підйому

вантажу, створюючи за допомогою системи регулювання необхідний

гальмівний момент. Енергетично цей режим ідентичний попередньому режиму

гальмування противмиканням.

36


Приклад 1. Розрахувати втрати енергії в спеціальному

чотиришвидкісному асинхронному двигуні з к.з. ротором, що має такі

синхронні швидкості: nс1=3000 об/хв; nс2=1500 об/хв; nс3=1000 об/хв і

nс4=5001об/хв при ступінчастому пуску на холостого ходу:

1) в 1 ступінь: з п=0 до пс1=3000 об/хв;

2) у 2 ступені: а) з п=0 до пс2=1500 і потім, б) до пс1=3000 об/хв;

3) у 3 ступені: а) п=0 до пс3=1000, потім б) до пс2=1500 і в) до

пс1=3000 об/хв;

4) у 4 ступені: а) з п=0 до пс4=500, далі б) до пс3=1000, потім в) до

пс2=1500 і г) до пс1=3000 об/хв.

Втратами енергії в сталі статора і механічними втратами можна

знехтувати.


Втрати енергії, що виділяються у двигуні при пуску, розраховуються за

формулою:

1000

8191

22

1222

,)

r

r()ss(

JA

'êîííà÷c

кВт∙с.

1. Пуск в 1 ступінь до 3000 об/хв;

1221000

819511

302

300014310

1000

8191

2 2

22

2

121

,),(

,,,)

r

r(

JA

'

c кВт∙с.

2. Пуск у 2 ступені 1500 – 3000 об/хв;

1000

8191250

222

121

22 ,

)r

r(),

JJ(A

'

cc

кВт∙с.

611000

819511250

2

300014310

2

150014310 2222

,

),(),,,,,

(A кВт∙с.

3. Пуск у 3 ступені 1000 – 1500 – 3000 об/хв;

1000

8191250

21150

222

121

22

23 ,

)r

r(),

J,

JJ(A

'

ccc

;

37

2481000

819511

2502

30001431150

2

150014310

2

100014310 222222

,.

),(

),,

,,,,,

(A

4. Пуск у 4 ступені 500 – 1000 – 1500 – 3000 об/хв;

1000

8191250

21150

2250

222

121

22

23

24 ,

)r

r(),

J,

J,

JJ(A

'

cccc

;

37411000

819511250

2

300014310

11502

150014310250

2

100014310

2

50014310

22

222222

,,

),(),,,

,,,

,,,,,

(A

Приклад 2. Визначити кількість циклів роботи асинхронного двигуна за

годину без перегріву останнього вище допустимої температури.

Параметри асинхронного короткозамкненого двигуна: Рн=4,5 кВт;

nс=1500 об/хв; sн=0,04; η=0,855; cosφ=0,86; λ=Mk/Mн=2; GD2=0,17 кг∙м

2. Цикл

роботи складається з:

– пуску двигуна зі статичним моментом Мс=0,74 кГ∙м;

– робота в усталеному режимі з Мс=2,8 кГ∙м протягом t=10 с;

– гальмування противмиканням зі статичним моментом Мс=0,32 кГ∙м.

Маховий момент механізму, приведений до вала двигуна, складає 0,06 кГ∙м2.

Постійні втрати двигуна при номінальному навантаженні складають

40 %, а змінні 60 % від номінальних втрат АД. Коефіцієнт тепловіддачі при

нерухомому роторі складає 50 %, а при пуску і гальмуванні 75 % коефіцієнта

тепловіддачі при номінальній швидкості. Опір фази статора більший

приведеного опору фази ротора на 20 %.


Номінальна швидкість двигуна:

nн= nс (1 – sн.)= 1500( 1 – 0,04)= 1440 об/хв.

Номінальний момент двигуна:

кВт.с.

кВт.

38

0531440

54975975,

,

ï

ÐM

í

íí

кГм.

Максимальний момент двигуна:

Mk=2Mн=2∙3,05=6,1 кГм.

Критичне ковзання двигуна:

14901220401 22 ,)(,)(ss ík

Пусковий момент двигуна:

781

1

1490

1490

1

162

1

1

2,

,

,

,

s

s

ÌÌ

k

k

êï

кГ∙м.

Середній момент, що розвивається двигуном при розбігу:

9232

78116

2,

,,ÌÌM ïê

ð.ñð

кГ∙м.

Втрати енергії у двигуні при розбігу:

1000

8191

22

12

,

ÌÌ

Ì)

r

r(

JA

ñð.ñð

ð.ñð

'

cð

;

9311000

819

740923

923211

3081942

1500143230

2

22

,,

,,

,),(

,,

,,Að

кВт∙с;

Час розбігу:

ñð.ñð

ð.ñðk

kìêð

ÌÌ

M)s

s(Òt

2

3

4

1;

151016375

1500230

375

2

,,

,

Ì

ïGD

M

JÒ

ê

ñ

K

cìê

с;

3520740923

92314920

2

3

149204

11510 ,

,,

,),

,(,t ð

с.

Середній момент, що розвивається двигуном при гальмуванні

противмиканням:

2

2 sï

ò.ñð

ÌÌM ;

39

9050

2

1490

1490

2

162

2

2

22 ,

,

,

,

s

s

ÌÌ

k

k

ês

кГ∙м.

3412

6852

2

9050781,

,,,M ð.ñð

кГ∙м.

Втрати енергії у двигуні при гальмуванні:

1000

8191

2

3

2

12

.

ÌÌ

Ì)

r

r(

JA

ñð.ñð

ð.ñð

'

cã

8231000

819

341

341211

3081942

15001432303

2

22

,,

Ì,

,),(

,

,,A

ñã

кВт∙с;

Час гальмування:

ñã.ñð

ñðk

kìêã

MM

M)s,

s(Tt

3450

4

3;

620320341

34114903450

14904

31510 ,

,,

,),,

,(,tã

с.

Номінальні втрати двигуна:

760548550

54,,

,

,Ð

ÐÐ í

í

íí

кВт.

Постійні втрати за умовою задачі дорівнюють:

∆Рс =0,4∙∆Рн=0,4∙0,76=0,304 кВт.

Змінні втрати при номінальному навантаженні за умовою задачі:

РV=0,6∆Рн=0,6∙0,76=0,456 кВт.

Втрати потужності у двигуні при усталеній швидкості:

6890053

8245603040 22 ,)

,

,(,,)

Ì

Ì(vêÐ

í

ñíóñò кВт.

Втрати енергії у двигуні за цикл:

∆Ац=∑∆А=∆Ар+∆Ат+∆Руст∙tуст;

∆Ац=1,93+3,82+0,689∙10=12,64 кВт∙с.

Середні допустимі втрати енергії у двигуні за цикл:

∆Аср.ц=∆Р(0,75∙(tр + tг)+ tуст+0,5 tпаузи);

40

∆Аср.ц=0,76(0,75∙(0,352 + 0,62)+ 10+0,5 tпаузи);

∆Аср.ц=8,17+0,38 tпаузи.

Час паузи визначається з відношення:

∆Ац= ∆Аср.ц;

12,64=8,17+0,38 tпаузи звідки tпаузи=4∙47/0,38=11,75 с.

Час одного циклу:

tц= tр +tг +tуст +tпаузи;

tц=0,352+0,62+10+11,75=22,7 с.

Число циклів за годину:

n=3600/tц=3600/22,7=158 циклів/год.

Приклад 3. Визначити значення потужностей у статорних і роторних

колах асинхронних двигунів з кільцями, що працюють у системі «електричний

вал» за схемою асинхронний перетворювач частоти–двигун подвійного

живлення з обертанням за напрямком поля. Однолінійна схема з’єднань і

напрямок передачі потужностей вказані на рис. 4.1.

I II III IV

McI

PBI

PcI

PBII

PcII

P2III

P2II P2IV

PcIII

PBIII

McIII

μcIV

PBIV

Рисунок 4.1 – Схема електричного вала

Статичні моменти на валах двигунів: Mс1=15 кГ∙м, Mс3=5 кГ∙м,

Mс4=8 кГ∙м. Синхронна швидкість першого двигуна (I) дорівнює 1000 об/хв,

другого (II), третього (III) і четвертого (IV) – 1500 об/хв. Припустити, що

швидкість приводного двигуна I не залежить від навантаження і дорівнює

синхронній швидкості. Втратами потужності в обмотках сталі двигунів, а

також механічними втратами можна знехтувати.

41


Двигун IV.

Потужність, що віддається на вал:

28975

10008

975

444 ,

nÌÐ âñ

â

кВт.

Потужність, що споживається з мережі:

312975

15008

975

444 ,

nÌÐ ññ

ñ

кВт.

Потужність, що віддається в роторне коло:

14975

100015008

975

44424 ,

)()n(nÌÐ âññ

кВт.

Двигун III.


135975

10005

975

333 ,

nÌÐ âñ

â

кВт.


77975

15005

975

333 ,

nÌÐ ññ

ñ

кВт.

Потужність, що віддається в роторне коло:

571975

100015005

975

33323 ,

)()nn(ÌÐ âññ

кВт.

Двигун II.

Потужність, що споживається двигуном з боку ротора:

Р22=Р24+Р23 = 4,1 + 2,57 = 6,67 кВт.

Електромагнітний момент, що розвивається двигуном:

1310001500

676975975

22

222

,

nn

ÐÌ

âñå кГ∙м.

Потужність, що споживається з вала:

3313975

100013

975

222 ,

nÌÐ âå

â

кВт.

Потужність, що віддається в мережу:

42

Рс2=Рв2+Р22 = 13,33 + 6,67 = 20 кВт.

Двигун I.

Момент на валу двигуна:

М1=Мс1+Ме2=15 + 13 = 28 кВт.


728975

100028

975

111 ,

nÌÐ â

â

кВт.


728975

100028

975

111 ,

nÌÐ c

c

кВт.


Задача 1. Виконати завдання Прикладу 1 згідно з варіантом табл. 4.1.


№

варіанта 'r

r

2

1 J , кг.м

2

1 1,05 0,1

2 1,1 0,12

3 1,2 0,15

4 1,3 0,14

5 1,4 0,18

6 1,5 0,21

7 1,05 0,46

8 1,1 0,32

9 1,2 0,24

10 1,3 0,08

№

варіанта 'r

r

2

1 J , кг.м

2

11 1,4 0,2

12 1,5 0,38

13 1,05 0,41

14 1,1 0,33

15 1,2 0,27

16 1,3 0,24

17 1,4 0,51

18 1,5 0,47

19 1,6 0,53

20 1,7 0,29

Задача 2. Визначити, на скільки можна збільшити число циклів за годину

механізму Прикладу 2, якщо замість одного приводного двигуни застосувати

два однакових асинхронних двигуна такої ж сумарної потужності. Параметри

двигунів: Рн=2,25 кВт, nс=1500 об/хв, sн=5%, η=0,84, λ=Mk/Mн=2,

GD2=0,051кг∙м

2, r1=1,2 r2

’.

Цикл роботи; час усталеної роботи; величини статичних моментів при

пуску, реверсі й усталеній роботі; приведений маховий момент механізму;

43

відсоток змінних і постійних втрат; ступінь зміни коефіцієнта тепловіддачі в

період пуску, реверсу і паузи – взяти з Прикладу 2.

Задача 3. Визначити значення потужностей у статорних і роторних колах

асинхронних двигунів з кільцями, що працюють у системі «електричний вал»

за схемою асинхронний перетворювач частоти–двигун подвійного живлення з

обертанням проти напрямку поля.

Схема з’єднань, напрямок передачі потужностей, значення статичних

моментів на валах двигунів та їх швидкості обертання – взяти з Прикладу 3.


1. Охарактеризувати види втрат енергії в електроприводі та навести

показники якості перетворення енергії.

2. Дати характеристику методів визначення потужності електропривода

за середніми втратами енергії.

3. Дати характеристику двигунного режиму електропривода постійного

струму за енергетичними показниками.

4. Дати характеристику режиму рекуперативного та динамічного

гальмування електропривода постійного струму за енергетичними

показниками.

5. Дати характеристику двигунного режиму асинхронного

електропривода змінного струму за енергетичними показниками.

6. Дати характеристику режиму гальмування противмиканням

асинхронного електропривода змінного струму за енергетичними показниками.

Література: [6, 7, 12-14].


Тема. Вибір потужності спеціальних електроприводів

Мета: отримання навичок розрахунку потужності спеціальних

електродвигунів та вибору основного електрообладнання технологічних

механізмів та процесів.

44


Вихідними даними для правильного розрахунку потужності і вибору

типу електропривода є технологічні та конструктивні вимоги, які виникають у

зв'язку з ефективним використанням виробничих механізмів, а саме

забезпечення високої продуктивності, надійності та точності їх роботи.

Оскільки одним з головних елементів електропривода є електродвигун, то

необхідно насамперед розглядати питання розрахунку потужності

електродвигунів, що працюють у різних режимах.

Вибір потужності електродвигуна зумовлюється характером зміни

статичного навантаження на його валу, а також умовами протікання

перехідних процесів в електроприводі. Стосовно характеру зміни статичного

моменту виробничі механізми можуть бути розподілені на такі групи:

Перша група. Механізми, у яких статичний момент залишається

постійним і не залежить від кутової швидкості обертання. До цих механізмів

належать: шахтний підйомник з урівноваженим канатом; прокатний стан;

механізми підйому мостового крана; ліфт; механізми, основна робота яких

пов'язана з подоланням сил тертя, наприклад механізми подач металорізальних

верстатів і т. д.:

constM c . (5.1)

Однак значення цього моменту, залишаючись незалежним від швидкості,

може змінюватися в широких межах.

Друга група. Механізми, статичний момент яких залежить від кутової

швидкості (рис. 5.1) – відцентровий вентилятор, насос, центрифуга тощо:

20 kMM c . (5.2)

де 0M – момент холостого ходу механізму.

45

ω

ММ0

Рисунок 5.1 – Механічна характеристика відцентрових механізмів (ІІ група)

До цієї ж групи можуть бути віднесені тягові транспортні механізми,

головні приводи металорізальних верстатів і т. д., для яких характерним є

сталість потужності навантаження, тобто constM .

Третя група. Механізми, у яких статичний момент залежить від шляху.

Сюди належать пристрої з кривошипними передачами, де навантаження

змінюються залежно від кута повороту кривошипа (рис. 5.2): ножиці для

розрізання металу; поворотні столи з мальтійським хрестом; преси; поршневі

компресори; шахтні підйомники з неврівноваженим канатом і т. д.

ω

φМ0

2ππ

МА

Рисунок 5.2 – Механічна характеристика кривошипних механізмів (ІІІ група)

У загальному випадку момент опору механізмів цієї групи описується

рівнянням

46

sinMMM Ac 0 . (5.3)

де 0M , AM – момент холостого ходу та максимальний момент механізму.

Іншим прикладом механізмів цієї групи може слугувати механізм

копання роторного екскаватора.

Четверта група. Механізми, у яких статичний момент залежить від

швидкості і шляху. Прикладом може бути гребний гвинт суднової установки.

Для сталої швидкості руху судна момент опору на валу двигуна гребного

гвинта пропорційний квадрату кутової швидкості двигуна (крива 1 на рис. 5.3).

При заданні команди на реверсування гвинта судно продовжує спочатку

рухатися в тому самому напрямку, і момент опору, що залежить від швидкості

руху судна, виявляється не пропорційним у цей період квадрату кутової

швидкості гвинта. Результуюча статична характеристика має складну форму і

показана для різних сталих швидкостей руху судна на рис. 5.3 (крива 2 – для

меншої швидкості руху судна, крива 3 – для більшої).

ω

М12

3

Рисунок 5.3 – Механічні характеристики гребного гвинта (ІV група)

У цьому випадку момент на валу гребного гвинта залежить від швидкості

руху судна, а оскільки рух судна загальмовується (швидкість руху знижується),

то момент залежить і від шляху, пройденого судном і гвинтом (ці шляхи різні),

і від кутової швидкості самого гвинта.

П'ята група. Механізми, у яких статичний момент характеризується

47

випадковою зміною в часі. Це, наприклад, каменедробарки, кульові млини в

цементній промисловості і т. д.

Навантаження на валу електропривода змінюється не тільки у зв'язку з

регулюванням швидкості механізму, але і внаслідок зміни режиму роботи

механізму або через залежність моменту навантаження від шляху, тобто від

часу. Наприклад, у кліті прокатного стану протягом одного пропуску металу

через валки момент прокатки, зумовлений об’ємом деформованого металу і

тиском, практично залишається постійним. Однак момент прокатки від

пропуску до пропуску змінюється, і змінною виявляється також тривалість

пропусків. Навантаження протягом часу прокатки одного злитка змінюється, а

потім повністю повторюється при поновленні прокатки наступного злитка.

Графічне зображення залежності статичного моменту механізму,

приведеного до вала двигуна, від часу )t(fM c називають діаграмою

навантаження механізму.

Графічне зображення залежності швидкості виконавчого органа

механізму (у вигляді кутової швидкості, приведеної до вала двигуна) від часу

)t(f називають діаграмою швидкості електропривода (або механізму).

Також існують режими, зумовлені випадковим навантаженням. Під

випадковими розуміють такі режими, при яких одна або кілька змінних, що

характеризують їх, змінюються заздалегідь непередбачуваним чином, тобто є

випадковими величинами. Наприклад, для ліфтових установок не вдається

виділити ділянки діаграми навантаження, де графіки )t(M c були б ідентичні.

При роботі двигуна в будь-якому режимі, з тим чи іншим навантаженням

у ньому виникають втрати енергії, що визначають нагрівання двигуна, а отже,

його потужність і габарити. Тому насамперед необхідно приділити увагу

знаходженню втрат енергії в електроприводах з двигунами постійного і

змінного струмів як у сталому, так і в перехідному режимах.


Приклад 1. Асинхронний двигун з контактними кільцями приводить у

48

рух піднімальну лебідку вантажопідйомністю 2 м, що підіймає вантаж з трюму

судна зі швидкістю 2 м/с на висоту 20 м і спускає порожній гак масою 100 кг з

тією самою швидкістю. Пауза між спуском та підйомом, а також між підйомом

та спуском складає 5 с (рис. 5.4). Втрати на тертя в механізмі при спуску і

підйомі можна вважати однаковими і рівними 6 % номінальної корисної

потужності лебідки.

Визначити потужність двигуна, якщо відомо, що його тепловіддача за час

паузи в 2 рази менша від тепловіддачі за час роботи на повній швидкості.

Пусковими втратами знехтувати. Кратність допустимого перевантаження

двигуна за потужністю складає 2.

tц

43,57

10 5 10 5

Р, кВт

t

0,51

Рисунок 5.4 – Графік потужності за цикл роботи


Корисна потужність при підйомі вантажу

141102

21002000

102

121 ,

)(v)GG(Ð k

кВт.

Потужність втрат при підйомі номінального вантажу

∆Р1=0,06∙Р1=0,06∙41,1=2,47 кВт.

Повна потужність при підйомі номінального вантажу

Рн=Р1+∆Р1=41,1+2,47=43,57 кВт.

Корисна потужність при спуску порожнього гаку

49

961102

2100

1022 ,

vGÐ k

кВт.

Потужність втрат при спуску рівна потужності втрат при підйомі

∆Р1=∆Р2=2,47 кВт.

Повна потужність при спуску порожнього гака

Рсп=-Р2+∆Р2=-1,96+2,47=0,51 кВт.

Час підйому вантажу і час спуску гака

102

20

v

htt ñïï с.

Еквівалентна потужність з поправкою на погіршення тепловіддачі при

паузі

62725

18986

5051050510

10510105743 22

,,,

,,Påêâ

кВт.

Номінальна потужність двигуна за умовами нагріву

Рн(екв)=27,6 кВт.

Номінальна потужність двигуна за умови допустимого перевантаження

78212

5743,

,P )ïåð(í кВт.

Приклад 2. Визначити значення робочої та пускової ємності Сроб та Сп для

пуску та подальшої роботи трифазного асинхронного двигуна з

короткозамкненим ротором типу АІР: Рн=0,75 кВт; η=0,785; cosφ=0,83. АД

отримує живлення від однофазної мережі Uс=220 В. Обмотка статора з’єднана

в зірку з трьома вихідними кінцями, номінальна напруга Uн=380 В.

Розв’язок

Оскільки обмотка статора з’єднана в зірку, беремо схему ввімкнення

двигуна Л-2.

Номінальний (лінійний) струм статора:

12730730380731

103750

3,

,,,

,

cosU

Ð²

íí

íí

А.

50

Робоча ємність конденсатора:

282201228002800 /,U/²Ñ ñíðîá мкФ.

Робоча напруга конденсатора:

250220151151 ,U.U ñê В.

Вибираємо батарею паперових конденсаторів у металевому

герметичному корпусі прямокутної форми типу КБГ-МН ємністю по 10 мкФ

кожен (3 конденсатори) на робочу напругу постійного струму 500 В.

Пускова ємність вмикається під час пуску паралельно робочій:

Сп=(2,5…3,0)Сроб=2,5∙30=75 мкФ.

Приклад 3. Синхронний генератор з такими параметрами: Sн=37,51кВА,

Uн=400 В; ηн=0,8; f=50 Гц, nн=1500 об/хв, працює на навантаження з cosφном =

0,8. Схема з’єднання обмоток – зірка.

Визначити: активну потужність генератора при номінальному

навантаженні Рн, струм в обмотці статора I1н, необхідну потужність первинного

двигуна та його момент М1 обертання при безпосередньому механічному

з’єднанні валів генератора та первинного двигуна.


Активна потужність генератора при номінальному навантаженні:

3080537 ,,cosSÐ ííîìíîì кВт.

Сила струму в обмотці статора:

54400731

80537

31

,

,,

U

S²

í

íîìíîì А.

Потужність, яка необхідна для первинного двигуна при номінальному

навантаженні генератора:

34890

301

,

ÐÐ

í

íîì кВт.

Момент обертання первинного двигуна

2161500143

301034 3

1

11

,

ÐÌ Н·м.

51

Потужність, яка необхідна для первинного двигуна з урахуванням

перевантажувальної здатності синхронного генератора:

60302 íä ÐÐ кВт.

Для привода генератора вибираємо дизельний двигун Д-238 потужністю

65 кВт (75 к.с.)


Задача 1. Визначити співвідношення постійних втрат до номінальних

змінних втрат двигуна потужністю 10 кВт, призначеного для роботи в

повторно-короткочасному режимі роботи з ПВ=25 %, для того щоб у режимі

роботи з ПВ=100 % він міг розвинути потужність 2,5 кВт.

Задача 2. Чотириполюсний асинхронний двигун з нормальним ковзанням

приводить у рух робочий вал механізму через систему передач. Передаточне

число 12:1, ККД рівний 0,9. Графік статичного моменту на валу механізму

зображений на рис. 5.5.

Визначити необхідну потужність двигуна, якщо допустимий коефіцієнт

перевантаження за моментом складає 1,8. Дією інерційних мас знехтувати.

3 2 0.85

0.15

927

108

120

Парабола

Парабола

Мс, Нм

t, c

Рисунок 5.5 – Графік статичного моменту на валу механізму

Задача 3. Визначити, яку потужність повинен розвивати двигун при

ПВ=40 %, якщо він має графік дійсного навантаження, зображений на рис. 5.6.

Постійні втрати при ПВ=40 % рівні номінальним змінним; коефіцієнт

погіршення тепловіддачі в нерухомому стані 0,6; втратами при пуску можна

52

знехтувати.

20

6 8 6 8

Р, кВт

t. c

12

tц

Рисунок 5.6 – Графік дійсного навантаження двигуна



№ Тип двигуна Номінальна

потужність Рн, кВт

При номінальному

навантаженні

η, % cosφ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

АІР71А2

АІР71В2

АІР80А2

АІР71А4

АІР80А4

АІР80В4

АІР71А6

АІР71В6

АІР80А6

АІР80Б6

0,75

1,1

1,5

0,55

1,1

1,5

0,37

0,35

0,75

1,1

78,5

79

71

70,5

75

78

65

68,5

70

74

0,83

0,83

0,85

0,7

0,81

0,83

0,66

0,7

0,72

0,74


53


№ Тип генератора

По

туж

ніс

ть п

овн

а S

н,

кВ

тА

Но

мін

альн

а н

апр

уга

Uн,

В

Ко

ефіц

ієн

т ко

ри

сно

ї д

ії

ηн, %

Час

тота

об

ерта

нн

я n

1,

об

/хв.

Рід струму

Сх

ема

з’єд

нан

ня

об

мо

ток с

тато

ра

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

ОС-51

ОС-52

ОС-71

ЕСС-52-4

ЕСС-62-4

ЕСС-81-4

ЕСС-82-4

ЕСС-91-4

ГАБ-2-0/230

ГАБ-4-0/230

5

10

20

6,25

15

25

31,5

62,5

2,5

5

400

400

400

400

400

400

400

400

230

230

80

82

86,8

80,2

86

87

88

90

80

82

1500

1500

1500

1500

1500

1500

1500

1500

3000

3000

трифазний

трифазний

трифазний

трифазний

трифазний

трифазний

трифазний

трифазний

однофазний

однофазний

З

З

З

З

З

З

З

З

Т

Т

3 – схема з’єднання «зірка», Т – схема з’єднання «трикутник»


1. Навести умови вибору потужності електродвигуна.

2. Дати характеристику процесів нагріву та охолодження електродвигуна.

3. Навести класифікацію та дати характеристику режимів роботи

електроприводів.

4. Дати характеристику методу визначення потужності електродвигуна за

значенням еквівалентної потужності.

5. Навести умови вибору потужності електродвигуна для довготривалого

режиму роботи.

6. Навести умови вибору потужності електродвигуна для короткочасного

та повторно-короткочасного режиму роботи.

Література: [4-7, 12-14].

54

3 ПИТАННЯ ДО МОДУЛЬНОГО КОНТРОЛЮ

Тема 1

1. Класифікація спеціальних систем електропривода постійного струму.

2. Класифікація спеціальних систем електропривода на базі асинхронного

двигуна.

3. Класифікація спеціальних систем електропривода на базі синхронного

двигуна.

4. Контактні сельсини, будова та принцип роботи.

5. Безконтактні сельсини, будова та принцип роботи.

6. Робота сельсинів в індикаторному режимі.

7. Робота сельсинів у трансформаторному режимі.

8. Диференціальні сельсини, будова та принцип роботи.

9. Магнесини, будова та принцип роботи.

Тема 2

10. Якірне керування частотою обертання двигунів постійного струму.

11. Полюсне керування частотою обертання двигунів постійного струму.

12. Універсальні колекторні мікродвигуни.

13. Двофазні асинхронні мікродвигуни, будова та принцип роботи.

14. Амплітудне керування частотою обертання асинхронних мікродвигунів.

15. Фазне керування частотою обертання асинхронних мікродвигунів.

16. Амплітудно-фазове (конденсаторне) керування частотою обертання

асинхронних мікродвигунів.

17. Однофазні мікродвигуни з екранованими полюсами, будова та принцип

роботи.

18. Асинхронні мікродвигуни з пусковими елементами для режиму роботи з

магнітним полем статора, що обертається.


пульсуючим магнітним полем статора.

20. Синхронні мікродвигуни з постійними магнітами, будова та принцип

55

роботи.

Тема 3

21. Імпульсне регулювання частоти обертання асинхронних електроприводів.

22. Асинхронно-вентильний каскад.

23. Електропривод з дросельним регулюванням.

24. Тиристорні схеми отримання низьких частот обертання асинхронних

двигунів.

25. Імпульсне регулювання частоти обертання двигуна постійного струму в

режимі неперервного струму.


режимі переривчастого струму.

Тема 4

27. Система електричного вала з основними робочими машинами. Фазування

машин у системі електричного вала.

28. Електричний вал зі зрівняльними асинхронними машинами, що

обертаються проти поля.


обертаються згідно з полем.

30. Електричний вал зі зрівняльними синхронними машинами.

31. Характеристика дводвигунного ЕП постійного струму з різними опорами

якірних кіл виконавчих двигунів.

32. Характеристика дводвигунного ЕП постійного струму з індивідуальним

живленням виконавчих двигунів.

Тема 5

33. Сумісне живлення статора АД постійним та змінним струмом, регулювання

з фіксацією постійним струмом.

34. Підмагнічування постійним струмом двошвидкісного асинхронного

двигуна.

56

35. Вирівнювання навантаження в багатодвигунному ЕП з ДПС незалежного

збудження.

36. Вирівнювання навантаження в багатодвигунному ЕП з ДПС послідовного

збудження.

37. Багатодвигунні системи узгодженого обертання з перетворювачем частоти.

38. Способи підвищення точності зупинки електроприводів.

39. Точна зупинка асинхронних двигунів з тиристорними регуляторами

напруги.

40. Точна зупинка тягових електроприводів постійного струму з ДПС.

4 ПИТАННЯ ДО ІСПИТУ

1. Класифікація спеціальних систем електропривода постійного струму.

2. Класифікація спеціальних систем електропривода на базі асинхронного

двигуна.

3. Класифікація спеціальних систем електропривода на базі синхронного

двигуна.

4. Контактні сельсини, будова та принцип роботи.

5. Безконтактні сельсини, будова та принцип роботи.

6. Робота сельсинів в індикаторному режимі.

7. Робота сельсинів у трансформаторному режимі.

8. Диференціальні сельсини, будова та принцип роботи.

9. Магнесини, будова та принцип роботи.

10. Якірне керування частотою обертання двигунів постійного струму.

11. Полюсне керування частотою обертання двигунів постійного струму.

12. Універсальні колекторні мікродвигуни.

13. Двофазні асинхронні мікродвигуни, будова та принцип роботи.

14. Амплітудне керування частотою обертання асинхронних мікродвигунів.

15. Фазне керування частотою обертання асинхронних мікродвигунів.

57

16. Амплітудно-фазове (конденсаторне) керування частотою обертання

асинхронних мікродвигунів.

17. Однофазні мікродвигуни з екранованими полюсами, будова та принцип

роботи.


магнітним полем статора, що обертається.


пульсуючим магнітним полем статора.

20. Синхронні мікродвигуни з постійними магнітами, будова та принцип

роботи.

21. Імпульсне регулювання частоти обертання асинхронних електроприводів.

22. Асинхронно-вентильний каскад.

23. Електропривод з дросельним регулюванням.

24. Тиристорні схеми отримання низьких частот обертання асинхронних

двигунів.

25. Система електричного вала з основними робочими машинами. Фазування

машин у системі електричного вала.


обертаються проти поля.


обертаються згідно з полем.

28. Електричний вал зі зрівняльними синхронними машинами.

29. Характеристика дводвигунного ЕП постійного струму з різними опорами

якірних кіл виконавчих двигунів.

30. Характеристика дводвигунного ЕП постійного струму з індивідуальним

живленням виконавчих двигунів.

31. Сумісне живлення статора АД постійним та змінним струмом, регулювання

з фіксацією постійним струмом.

32. Підмагнічування постійним струмом двошвидкісного асинхронного

58

двигуна.

33. Вирівнювання навантаження в багатодвигунному ЕП з ДПС незалежного

збудження.

34. Вирівнювання навантаження в багатодвигунному ЕП з ДПС послідовного

збудження.

35. Багатодвигунні системи узгодженого обертання з перетворювачем частоти.


режимі неперервного струму.


режимі переривчастого струму.

38. Способи підвищення точності зупинки електроприводів.

39. Точна зупинка асинхронних двигунів з тиристорними регуляторами

напруги.

40. Точна зупинка тягових електроприводів постійного струму з ДПС.

59

5 КРИТЕРІЇ ОЦІНЮВАННЯ ЗНАНЬ СТУДЕНТІВ

Кількість практичних занять – 18 годин (9 практичних занять).

Поточний контроль на практичних заняттях протягом змістових

модулів:

- відвідування практичних занять – 0,5 бала за заняття (максимум 4,5

бала за семестр);

- наявність виконаного практичного завдання – 1 бал за виконане

практичне завдання до теми попереднього заняття (максимум 5 балів

за семестр);

- захист практичного завдання – 0,2 бала за практичне завдання

(максимум 1 бал за семестр);

- якість оформлення практичного завдання – 0,2 бала за виконане

практичне завдання (максимум 1 бал за семестр);

- опитування під час проведення практичного занять – максимум 0,5

бала за аудиторне заняття (максимум 2,5 бала за семестр);

- своєчасність захисту всіх лабораторних робіт і практичних завдань –

0,3 бала.

60

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Михайлов О. П. Гибкие производственные системы, промышленные роботы,

робототехнические комплексы : практ. пособие; в 14 кн. Кн. 14 Современный

электропривод станков с ЧПУ и промышленных роботов / О. П. Михайлов,

Р. Т. Орлова, А. В. Пальцев ; под ред. Б. И. Черпакова. – М. : Высш. школа,

1989. – 111 с.

2. Адаменко А. И. Однофазные конденсаторные двигатели / А. И. Адаменко. –

К. : Изд-во АН УССР, 1960. – 248 с.

3. Кирилов Ю. И. Эксплуатация и ремонт объемного гидропривода /

Ю. И.1Кирилов. – М.: Агропромиздат, 1987. – 80 с.

4. Аракелян А. К. Асинхронный регулируемый электропривод с

электрогидравлическим толкателем / А. К. Аракелян, М. М. Соколов. – М. :

Энергия, 1972. – 192 с.

5. Сафонов Ю. М. Электроприводы промышленных роботов. / Ю. М. Сафонов.

– М. : Энергоатомиздат, 1990. – 176 с.

6. Соколов М. М. Электропривод с линейными асинхронными двигателями. /

М. М. Соколов, Л. К. Сорокин. – М. : Энергия, 1974. – 136 с.

7. Михайлов О. П. Автоматизированный электропривод станков и

промышленных роботов : учебник для вузов. / О. П. Михайлов. – М. :

Машиностроение, 1990. – 340 с.

8. Свечарник Д. В. Электрические машины непосредственного привода:

Безредукторный электропривод. / Д. В. Свечарник – М. : Энергоатомиздат,

1988. – 208 с.

9. Хрущев В. В. Электрические машины систем автоматики : учебник для вузов

/ В. В. Хрущев – [2-е изд., перераб. и доп.] – Л. : Энергоатомиздат, 1985 – 368с.

10. Коцюбинський В. С. Автоматизований електропривод гнучких

виробничих модулів : навч. посібник / В. С. Коцюбинський. – К. : ІЗМН, 1996.

– 328 с.

11. Адволоктин Н. П. Управляемые бесконтактные двигатели постоянного

61

тока / Н. П.1Адволоктин, В. Т. Гращенков, Н. И. Лебедев и др. – Л. :

Энергоатомиздат, 1984. – 160с.

12. Анхимюк В. Л. Проектирование систем автоматического управления

електроприводами : учебн. пособие для вузов по спец. “Электропривод и

автоматизация промышленных установок” / В. Л. Анхимюк, О. Ф. Опейко. –

Мн. : Высш. шк., 1986. – 143 с.

13. Крупович В. И. Справочник по проектированию

автоматизированного электропривода и систем управления технологическими

процессами ; под ред. В. И. Круповича, Ю. Г. Барыбина, М. Л. Самовера. – [3-е

изд., перераб. и доп.] – М. : Энергоиздат, 1982. – 416 с.

14. Александров Н. Н. Электрические машины и микромашины. / Н.

Н.1Александров – М. : Колос, 1983. – 384 с.

15. Волков Н. И. Электромашинные устройства автоматики : учебн. для

вузов по спец. «Автоматика и телемеханика» / Н. И. Волков, В. П. Миловзоров.

– [2-е изд., доп. и перераб.] – М. : Высш. шк., 1986. – 335 с.

16. Штѐлтинг Г. Электрические микромашины ; пер. с нем. / Г. Штѐлтинг,

А.1Байссе. – М. : Энергоатомиздат, 1991. – 229 с.

17. Ямамура С. Теория линейных асинхронных двигателей ; пер. с англ. /

С.1Ямамура. – Л. : Энергоатомиздат, 1983. – 180 с.

62

Додаток А

Основні розрахункові співвідношення

Механіка електроприводів

Співвідношення між кутовою швидкістю і швидкістю обертання:

60

2 n .

Потужність для обертального руху:

MP .

Потужність для поступального руху:

FP .

Кінетична енергія для обертального руху:

2

2

J

À .

Приведений момент:

ïïð

ÌÌ

11 .

Приведене зусилля, що діє на тіло:

ïïð

F

11F .

Приведений момент інерції:

2

11

J

ïðJ .

Рівняння руху тіл, що рухаються поступально:

dt

dvFF

ïðïðm .

Рівняння руху електропривода:

dt

dM

ïðïðJM .

63

Приблизне значення часу перехідного процесу в електроприводі:

ñåð.ññåð

ïîêîíïðïn ÌÌ

Jt

Момент на осі колеса транспортного механізму:

)D(gÌöì

fmB

,

де B

m – маса транспортного механізму з вантажем, що припадає на приводне

колесо, кг; – коефіцієнт, що враховує тертя реборди колеса об рейки

( ).. 5131 ; ö

D – діаметр цапфи колеса, м; f – коефіцієнт тертя ковзання.

Приведення сили F1, діючої на тіло, що рухається зі швидкістю υ1, до

валу, що обертається зі швидкістю ω:

1

1FM

np.

Рівняння для поступально руху тіла:

dt

dmFF

C

.

Рівняння руху для обертаючого тіла:

dt

dJMM

C

.

Час розгону двигуна від швидкості n1 до n2 при постійному значенні

моменту M1, що розвивається двигуном, і постійному статичному моменті Mc

CCMM

nnGD

MM

Jt

375

12

2

12 ,

де J – момент інерції; GD2 – маховий момент привода.

Механічні характеристики і розрахунок опорів

Номінальний момент на валу:

í

íí n

PM 975 .

Номінальний електромагнітний момент:

64

íÌííMí.ýlñIÔkM .

Номінальна ЕРС:

ÿííírIUE ; íeííeí

ncnÔkE .

Швидкість ідеального холостого ходу при íUU і í

ÔÔ :

í

íí E

Unn

0.

Номінальний опір якоря двигуна або генератора постійного струму:

í

íí I

UR .

Номінальний опір ротора асинхронного двигуна:

ê

êí I

ER

2

2

3 .

Двигуни постійного струму з паралельним збудженням

Механічна характеристика двигуна в нормальній схемі:

ìe

äÿ

cc

Rrnn

0 ,

ÿíí

íí rIU

Unn

0 .

Механічна характеристика двигуна в схемі динамічного гальмування:

ìe

äÿ

cc

RrMn

.

Механічна характеристика двигуна, працюючого від окремого

керованого генератора

Ìññ

rrnn

ìå

ä.ÿã.ÿä.î

.

Швидкість ідеального холостого ходу при номінальному збудженні

генератора і двигуна:

65

ä.í

ã.ííä.î E

Enn

, ã.ÿä.ííã.í

rIUE ,

де ã.ÿr , ä.ÿ

r – опір обмоток якорів генератора і двигуна; ín – номінальна

швидкість двигунів; ã.íE , ä.í

E – номінальні ЕРС генератора і двигуна.

Додатковий опір при динамічному гальмуванні в один ступінь ( íÔÔ ):

ÿäîï

íà÷ò

rI

ER .

Додатковий опір при гальмуванні проти вмиканням в один ступінь:

ÿäîï

íà÷íï

rI

EUR

де íà÷E – ЕРС у початковий момент гальмування; äîï

I – максимально

допустимий струм; íU – номінальна напруга; ÿ

r – опір якоря.

Двигуни постійного струму з послідовним збудженням

Швидкість, ячу розвиває двигун при додатковому опорі äR і струмі в

якорі ÿI :

í

äâÿÿãð U

RrrInn 1 .

Гранична швидкість:

í

âÿÿ

ïð

ãð

U

rrI

nn

1

,

де ïðn – швидкість природної характеристики при струмі в якорі ÿ

I .

Асинхронні двигуни

Спрощене рівняння механічної характеристики:

66

s

s

s

s

MM

ê

ê

ê

2

,

'

ô

cê

xxrr

U

n

.M

21

2

11

2

1461

,

221

2

1

2

xxr

rs

'

ê

.

Визначення опорів ротора за паспортними даними

Асинхронний двигун з контактними кільцями:

í

êê

I

sEr

2

22 3

.

Коефіцієнт трансформації від статора до ротора:

ê

í

êå E

U,

E

EK

22

1950

.

Асинхронний короткозамкнений двигун з круглими пазами:

2

1

2

1

23

819

í

cn'

IK

.Mr

.

Динамічне гальмування

Рівняння механічної характеристики:

s

s

s

s

MM

ì

ì

ì

2

,

'

ýêâ

cì

xx

xI

n

.M

20

2

0

2461

,

'

'

ìxx

rs

20

2

;

ô

ô

I

U.x

0

1

0

950

67

де ýêâI – ефективне значення трифазного змінного струму; 0

x – опір кола

намагнічування при холостому ході двигуна; '

x2 – вторинний приведений

реактивний опір; '

r2 – вторинний приведений активний опір; ô

I0

– струм

холостого ходу.

Насичене магнітне коло

Для визначення ìM і ì

s можна використати криві )D(iìýêâ

f і

)D(Aìì

f .

Mc

ôô

ìD

UI.M

103060

,

Mô

'

ô

ìA

U

rIs

1

20

.

Перехідні процеси в електроприводах

Розбіг двигуна

Від швидкості 0n до 1nn :

ìT

t

cceMMMM

2 ,

ì

T

t

óñòenn 1 ,

Час розгону:

11

2

nn

nlnT

MM

MMlnTt

óñò

óñò

ìc

cìp

.

Від швидкості 2nn до 1

nn :

ìT

t

cceMMMM

2 ;

68

ìT

t

óñòóñòennnn

2 ;

1

2

1

2

nn

nnlnT

MM

MMlnTt

óñò

óñò

ìc

cìp

;

êçí

í

í

êì M

nGD

M

snGD

M

sJT

375375

0

2

0

2

0.

Гальмування двигуна противмиканням швидкості 1nn до 0n :

'

ÌT

t

cceMMMM

2 ;

'

ÌT

t

óñòóñòennnn

1 ;

óñò

óñò'

ìc

c'

ìm n

nnlnT

MM

MMlnTt

1

1

2,

де mt – час гальмування; ì

T – електромеханічна стала часу гальмування:

c

óñò'

ì MM

nnGDT

2

1

2

357.

.

Динамічне гальмування двигуна:

'

ÌT

t

ceMMMM

21 ,

"

1МT

t

устуст ennnn

,

óñò

óñò

c

c"

ìm n

nnln

M

MMlnTt

11 ,

де mt – час гальмування; ì

T – електромеханічна стала часу динамічного

гальмування

69

1

1

2

375 M

nGDT

"

Ì .

Перехідні процеси в системі генератор–двигун

ìâ

T

t

ì

T

t

âìâ

åTeTTT

nn 110

,

ìâ

T

t

T

t

ìâ

ìêç ååTT

TIi ,

1

lnTt

âp ,

ìâ

â

TT

T

â

ìêçìàêñ T

TII

,

ì

â

ìâ

ìâì T

Tln

TT

TTt

,

де pt – час розгону двигуна; ìàêñ

I – максимальне значення струму; ìt – час

наростання струму до максимального значення; â

ââ r

LT – електромагнітна

стала часу обмотки збудження генератора; êç

ì M

nGDT

375

0

2

– електромеханічна

стала часу двигуна; í.â

U

Ua 1 – коефіцієнт форсування;

ä.ÿã.ÿêç rr

EI

0

– струм

короткого замикання; êçM – момент короткого замикання; 0

E – усталене

значення ЕРС генератора; ã.ÿr , ä.ÿ

r – опір обмоток якорів генератора і двигуна;

0n – швидкість ідеального холостого ходу двигуна.

70

Гальмування двигуна вхолосту

ì

'

âT

t

ì

T

t

'

â

ì

'

â

eTeTTT

nn 0 ,

'

âìT

t

T

t

ì

'

â

ìêç ååTT

TIi ,

'

âmTt 43 , якщо

'

âìTT

ì

'

â

'

â

TT

T

'

â

ìêçìàêñ

T

TII

,

де mt – час гальмування; ìàêñ

I – максимальне значення струму; ðâ

â'

â rr

LT

–

електромагнітна стала часу колаа збудження генератора при гальмуванні.

Енергетика електроприводів

Витрати потужності у двигуні при номінальній напрузі:

í

íí

ííí

ÐPP1

11

,

де íP – номінальна потужність двигуна; í

– номінальний ККД двигуна.

Витрати потужності у двигуні при X-кратному навантажені:

2XkÐ

íx ,

де k – постійні витрати; í – змінні витрати при номінальному навантаженні;

í

c

I

IX

– для всіх двигунів;

í

c

M

MX

– для двигунів постійного і змінного

струму, що працюють з усталеним потоком; í

c

P

PX – для двигунів постійного

струму, що працюють зі сталим навантаженням, і для двигунів змінного

71

струму; íM , í

P , íI – номінальні момент, потужність і струм двигуна; c

M –

статичний момент на валу двигуна; ccI,P – потужність і струм двигуна, що

відповідають статичному моменту.

Двигун постійного струму з паралельним збудженням

Загальні втрати в якірному колі:

ÿ

äÿí

í

cí r

RrXk

s

sXkP

2.

Втрати в обмотці якоря:

2XP

íÿ .

Асинхронний двигун

Втрати в обмотці ротора:

2

22X

ê .

Втрати в роторному ланцюзі:

2

22

22 r

RrX

s

sX ä

êí

cê

.

Втрати в обмотці ротора при номінальному навантаженні:

Síí

Píí s

v

12 .

Втрати в обмотці статора:

2

12

21x

r

rÍ

,

де 1r – активний опір фази статора; ä

R – опір реостата; 2r – приведений

активний опір фази ротора.

Втрати в якорі й обмотці збудження:

2

í

c

I

I

í .

Втрати в реостаті:

72

âÿ

d

2

í

c

rr

R

I

I

í .

Формула для підрахунку втрат енергії в колі асинхронного двигуна або в

колі якоря двигуна постійного струму з паралельним збудженням при

перехідному процесі від начS до конS

при 0сM

8192

Jw 222

0 ,ssÀêîííà÷

,

де 0w – швидкість ідеального холостого ходу; J – момент інерції.

Втрати енергії у двигуні:

819R2

Jwkt

d

2

0p

,MM

M

r

rÀ

cn

n

ÿ

ÿ

де Мр – середній пусковий момент.

Розрахунок потужності і нагріву двигуна

Рівняння нагріву двигунів:

Í

T

t

yye)(

0 ;

A

Py

;

A

Ñí ,

де – температура перегріву двигуна понад температуру навколишнього

середовища; y – усталена температура перегріву; 0

– початкова температура

перегріву; t – час; ÍT – стала часу перегріву; À – тепловіддача; Ñ –

теплоємність; Ð – втрати у двигуні при навантаженні Р.

Довготривалий режим роботи

Середня потужність втрат за цикл:

73

ö

n

mm

cp t

tP

P

1

,

де mP – втрати потужності на ділянці; m

t – час роботи на дільниці; öt – час

циклу; m – число дільниц.

Еквівалентний струм:

ö

t

0

2

(t)

t

dtI

ö

ýêâI .

Еквівалентний момент:

ö

t

0

2

(t)

t

dtM

ö

ýêâM .

Еквівалентна потужність:

ö

t

0

2

(t)

t

dtP

ö

ýêâP .

Короткочасні режими роботи

Допустиме навантаження за умови нагріву:

Í

êð

Ò

t-

í

e-1

1P

êðP ,

де êðP – допустима потужність короткочасного навантаження; í

P – номінальна

потужність двигуна довготривалоо режиму; à – коефіцієнт втрат; êðt – час

короткочасного навантаження; ÍÒ – стала часу нагріву.

Коефіцієнт термічного перевантаження:

74

Í

êð

Ò

t-

e-1

1

mP .

Найбільший допустимий час роботи двигуна при короткочасному

навантаженні для заданого коефіцієнта термічного перевантаження mP

1têð

m

m

H P

PlnT .

Зв'язок між коефіцієнтом термічного перевантаження двигуна й

коефіцієнтом механічного перевантаження за потужністю:

1

2

a

PaP

m

m ; í

êð

m Ð

PP ;

де mP = коефіцієнт механічного перевантаження за потужністю.

75

Методичні вказівки щодо практичних занять з навчальної дисципліни

"Спеціальні системи електропривода" для студентів усіх форм навчання за

напрямом 6.050702 – «Електромеханіка» (у тому числі скорочений термін

навчання)

Укладачі: старш. викл. Ю. В. Зачепа,

асист. О. А. Хребтова

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

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

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

Видавничий відділ

Кременчуцького національного університету

імені Михайла Остроградського

вул. Першотравнева, 20, м. Кременчук, 39600

Documents

КРЕМЕНЧУЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ІНСТИТУТ …saue.kdu.edu.ua/upload/disciplines/SSE/SSE_PZ.pdf12 коефіцієнт тертя кочення колеса