Дидактический материал для студентов
Дидактический материал в виде презентаций для студентов отделения "Электрификация и автоматизация с/х"
Скачать:
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Принцип действия эл. двигателя S N 1 2 3 4 1 Электромагнитный момент:
Конструкция ЭМ Вал машины Обмотка статора Сердечник ротора токосъёмное устройство обмотка ротора Сердечник статора
Классификация эл. машин (по принципу действия) Электрические машины Ёмкостные Индуктивные Индукторные Безиндукторные Машина постоянного тока Синхронная машина Трансформаторы (эл. техническое устройство) ? Асинхронные машины Синхронная реактивная машина Остальное см. И.П. Копылов Электрические машины гл.1
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Назначение, место в системе энергоснабжения Трансформатор – статическое электротехническое устройство предназначенное для преобразования: величины (уровня) напряжения переменного тока величины переменного тока без изменения подводимой и отдаваемой мощности
Принцип действия трансформатора ~ U 1 I 1 ~U 2 Ф I 2 ~ U 1 → ~ I 1 = U 1 / Z 1 → ~Ф→ ~ Е 2 =- d Ф/ dt = 4,44 Ф f W 2 → ~I 2 = E 2 /( Z н + Z 2 ) ~ Е 1 =- d Ф/ dt = 4,44 Ф f W 1 → Коэффициент трансформации: Конструкцию трансформатора см. П.И. Копылов гл.2.7 Ф рас
Схема замещения Схемой замещения - называется графическое изображение эл. цепи с помощью условных знаков существенных электрических параметров цепи и их взаимосвязь. ~ U 1 I 1 ~U 2 I 2 I 2 U 2 Приведение параметров вторичной обмотки к первичной: U 2 I 2 I 1 U 1 * * * * * I м
U 2 I 2 I 1 U 1 * * * * * I м Холостой ход – Z н *= ? =∞ → I * 2 = E * 2 / ( Z * 2 + Z * н ) = 0 Опыт(испытание) Х.Х. позволяет оценить качество работы магнитной системы трансформатора
Работа трансформатора в режиме короткого замыкания U 2 I 2 I 1 U 1 * * * * * I м режим короткого замыкания – Z н *= ? = 0 → U* 2 =0 Опыт(испытание) К.З позволяет оценить качество работы токопроводов (обмоток) трансформатора
Вопросы для самоконтроля по теме: «Трансформаторы» 1. Как вы понимаете термин «переменный ток»? 2. Что такое «ДЕЙСТВУЮЩЕЕ значение» переменного тока»? 3. Что обозначает термин «ЯКОРЬ» электрической машины? 4. Объясните назначение ИНДУКТОРА машины? 5. Из каких основных частей состоит магнитная система машины. 6. Как определяется электромагнитный момент машины? 7. От каких параметров зависит ЭДС обмотки? 8. Какого назначение трансформатора ? 9 . Как вы понимаете понятие приведение параметров вторичной обмотки к первичной
1. Что такое «индукция магнитного поля»? Индукция магнитного поля – векторная величина, определяющая силовое действие магнитного поля на движущийся заряд. Индукция – есть отношение силы, действующей на движущийся заряд, к произведению величины заряда и его скорости: q F B= F / (q*v)
2. Как вы понимаете термин «ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК»? 3. Что такое «ДЕЙСТВУЮЩЕЕ значение» переменного тока»? ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК- Электрический ток изменяющийся во времени по величине и направлению. I t ДЕЙСТВУЮЩЕЕ значение переменного тока – такая величина постоянного тока, при прохождении которой в активном сопротивлении выделяется такое же количество теплоты
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
- Внешняя характеристика трансформатора U 2 I 2 U 2xx
Векторная диаграмма трансформатора, работающего под нагрузкой Изм. фазы вектор Ф I 1xx I 2 j U 1 E 2 I 2 / k T I 1 Δ U=I 2 (r 2 +jx 2 ) U 2 =E 2 - Δ U
Потери мощности (эл. энергии) в трансформаторе ~ U 1 I 1 ~U 2 Ф I 2 P 1 =U 1 *I 1 * Cos( φ 1 ) P 2 =U 2 *I 2 * Cos ( φ 2 ) Потери мощности ( Δ Р) – необратимое преобразование эл. энергии в другие формы , не используемые в данной машине Q – количество выделяющегося тепла (уносится с перемещением хлодагента t- изменение температуры частей машины (внутренняя тепловая энергия)
~ U 1 I 1 ~U 2 Ф I 2 Электрические потери (потери в меди): Магнитные потери (потери в стали): m ст – масса стали (магнитопровода) машины ( кг) -удельные потери k=1,5- 2,5 – коэф., зависящий от формы деталей и обработки поверхности β - коэффициент, зависящий от марки стали Потери мощности (эл. энергии) в трансформаторе
КПД машины: Потери мощности (эл. энергии) в трансформаторе. Потери мощности постоянные (не зависят от режима работы) Потери мощности переменные (зависят от режима работы) η Р 2 Р н η н ~ 0.6 Р н КПД максимально, в случае если постоянные потери равны переменным: Δ Р м = Δ Р ст
Рабочие характеристики трансформатора Изучить самостоятельно!
Специальные трансформаторы U 2 I 2 U 2xx U дуги I дуги Для регулировки сварочного тока - I дуги необходимо изменять сопротивление обмоток трансформатора Сварочные трансформаторы ТДМ-400
Сварочные трансформаторы ТДМ-400 сеть Основной магн. Поток Ф магн. Поток рассеяния Ф рас При перемещении катушек увеличивается поток рассеяния , следовательно возрастает индуктивное сопротивление обмоток.
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Образование вращающегося магнитного поля 0 60 120 180 240 300 360 Магнитное поле машины вращается с частотой: где f 1 – частота тока в статоре р- число пар полюсов машины При f 1 =50 Гц синхронная частота вращения равна: р=1 ω 1 = 314 рад/с (3000 об/мин) р=2 ω 1= 157 рад/с (1500 об/мин) р=3 ω 1= 104 рад/с (1000 об/мин) и т.д
Магнитопровод ротора Конструкция АСМ Магнитопровод статора Обмотка статора Обмотка ротора
Принцип действия АСМ (двигателя): Магнитное поле машины вращается с частотой: Вращающееся магнитное поле статора наводит в обмотке ротора ЭДС: ЭДС вызывает появление тока в обмотке ротора: На проводники ротора (с током) действуют электромагнитные силы и образуется электромагнитный вращающий момент: Под действием электромагнитного момента ротор вращается с частотой вращения ω 2 , несколько меньшей, чем частота вращения магнитного поля статора. Отличие частот вращения ротора и магнитного поля называют скольжением: При вращении ротора частота перемагничивания ротора (тока ротора) зависит от скольжения:
Схема включения АСМ Схема замещения АСМ ~ U 1 I 1 Режим КЗ - ротор неподвижен ( ω 2=0; либо s=1) Приведение параметров вторичной обмотки к первичной:
Вопросы для самоконтроля по теме «Асинхронные машины» 1. Что обозначает термин «число пар полюсов машины»? 2. Что такое «ДЕЙСТВУЮЩЕЕ значение» переменного тока»? 3. Объясните термин «коэффициент мощности или cos φ ». 4. От каких параметров зависит ЭДС обмотки ротора? 5. Как определяется электромагнитный момент асинхронной машины? 6. Как вы понимаете понятие «скольжение» применительно к асинхронной машине? 7 . Чем определяется частота вращения магнитного поля асинхронной машины? 8. Как определяется частота вращения ротора АСМ ? 9 . Как вы понимаете понятие «короткое замыкание» применительно к электродвигателю?
Схема замещения АСМ
Механическая характеристика АСМ М эм ω 2 s ω 1 0 1 0 ω кр s кр М п
Векторная диаграмма асинхронного электродвигателя Ф I 1xx I 2 j U 1 E 2 I 2 / k пр I 1 φ 2 I 2 a
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Р 1 =3 U ф I ф cos φ Р 2 = М ω 2 Δ P э1 =3 r 1 I ф – потери в меди статора Δ P э2 =3 r 2 I 2 – потери в меди ротора Δ P м1 – потери в стали статора Δ P мех = М тр ω 2 – механические потери Δ P доп ≈1-5% Р 2н – дополнительные, связанные с локальными колебаниями магнитного потока и др. ?
Электрические потери (потери в меди) потери переменные Магнитные потери (потери в стали), механические потери и дополнительные потери – потери постоянные Постоянные потери определяют в режиме холостого хода (идеального холостого хода) Потери мощности (эл. энергии) в асинхронной машине Потери в меди при номинальном режиме возможно определить из режима КЗ- ротор машины застопорить, на обмотку статора подать пониженное напряжение, соответствующее номинальному току.
КПД машины: η Р 2 Р н η н ~ 0.6 Р н КПД максимально, в случае если постоянные потери равны переменным:
Рабочие характеристики АСМ Р 2 Р н η Cos φ 0,8 0,2
Вопросы для самоконтроля по теме: «Регулировка частоты вращения асинхронных машин» 1. Как определяется электромагнитный момент асинхронной машины? 2. Что такое «скольжение», применительно к асинхронной машине? 3.Что такое схема замещения электрической машины? 4. Какие элементы схемы замещения входят в цепь ротора АСМ? 5. Чем определяется ток в цепи ротора АСМ? 6 . Чем определяется коэффициент мощности ( COS( φ ) ) в обмотке ротора? 7. Что такое пусковой момент электродвигателя? 8. Что такое критическое скольжение АСМ
Регулирование частоты вращения АСМ
Схема управления пуском машин с фазным ротором
n 2 = 60•f •(1-s)/ 2p M n n 0 М нагр f=f ном f M=Ф• I 2 •Cos( φ 2 ) - для сохранения электромеханических характеристик машины необходимо поддерживать постоянство магнитного потока U/U ном = f / f ном• M/M ном E1=E2=4 ,44• Ф• f •W Ф U1 (Z1 0) Изменение частоты питающей сети должно сопровождаться изменением величины питающего напряжения f U f ном Uном M n n 0 f=f ном U1=const Ф const
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Принцип действия синхронного генератора При вращении ротора в статоре возникает ЭДС: С 4 С 4 С 2 С 3 С 6 С 5 С 1 N 2 S 2 Частота перемагничивания статора определяется частотой вращения ротора и числом пар полюсов Магнитный поток создаётся либо постоянными магнитами, либо электромагнитами, установленными на роторе
Схема замещения СМ I В I 1 U
Характеристика холостого хода I В E a I ВН Е н Е мах Е ост Коэффициент насыщения Остаточная ЭДС:
Внешняя характеристика генератора U I 1 Ен Уменьшение ЭДС за счёт размагничивающего действия реакции якоря Реакция якоря – возникновение собственного магнитного потока обмоткой якоря и его влияние на общее магнитное поле машины
Векторная диаграмма СМ Активная нагрузка ( Z н= R н ) Ф Е а I 1 Фа Индуктивная нагрузка ( Z н= L н ) I 1 Фа Ёмкостная нагрузка ( Z н= Сн )
Внешняя характеристика генератора U Ia Ен R н L н C н
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Под коммутацией в собственном смысле этого слова понимают переключение секции из одной ветви обмотки якоря в другую и происходящее при этом изменение тока в ней с одного направления на другое. Под коммутацией в широком смысле слова понимаются все явления и процессы , возникающие под щеткой при работе машины. Говорят, что у машины хорошая коммутация, если нет искрения под щетками, и плохая коммутация, если под щетками возникает искрение. Механические причины искрения: " эллиптичность" коллектора, плохая стяжка пластин коллектора, выступанием в отдельных местах слюды над коллекторными пластинами и пр.
Ток ветви ( i a ) изменяется с одного направления на другое за время коммутации Т к ( - периодом коммутации; время замыкания ее щеткой) Под коммутацией понимают переключение секции из одной ветви обмотки якоря в другую и происходящее при этом изменение тока в ней с одного направления на другое. Под коммутацией так же понимают все явления и процессы, возникающие под щеткой при работе машины. Говорят, что у машины хорошая коммутация, если нет искрения под щетками, и плохая коммутация, если под щетками возникает искрение. Рассмотрим вначале изменение тока в секции обмотки якоря при его вращении. Когда секция находится в одной параллельной ветви, то за время прохождения ею полюсного деления ток в ней сохраняет свое значение: N S I a I a
Электрические причины искрения i 2 i 1 i a i a I a r 2 (S 2 ) r 1 (S 1 ) 2 1 начало коммутации - соприкосновение края щетки с пластиной 2 конец коммутации - момент, когда пластина 1 отойдет от щетки. сопротивления переходных контактов сбегающего и набегающего краев щетки - r 1 и r 2, S1 и S2 – площади соприкосновения i 1 * r 1 – i 2 * r 2 = e e — э.д.с., в секции, складывается из: э.д.с . самоиндукции и взаимной индукции э.д.с .от внешнего поля, имеющего место в коммутационной зоне i 1 = I a + i i 2 = I a - i i
Прямолинейная коммутация. Если сумма э.д.с., наведенных в секции равна нулю: e = 0. i t i a i a T k При прямолинейной коммутации плотность тока под щеткой в любой момент времени распределена равномерно.
Замедленная коммутация i t i a i a T k Согласно закону Ленца она будет задерживать изменение тока. Ток i вследствие этого будет проходить нулевое значение позже, чем при прямолинейной коммутации. Такая коммутация называется замедленной. При замедленной коммутации плотность тока на сбегающем крае щетки возрастает – происходит выгорание (искрение) щетки при разрыве цепи в момент, когда коллекторная пластина 1 отходит от щетки.
Ускоренная коммутация Электродвижущая сила, наведенная в коммутируемой секции внешним полем, называется коммутирующей - е к . Полярность внешнего поля устанавливается таким образом, чтобы е к была направлена против е R . Тогда суммарная э.д.с.: e = е к - е R Если е к > е R , то процесс изменения тока i ускоряется i t i a i a T k При ускоренной коммутации перегружается током набегающей край щетки.
Электродвижущие силы коммутируемой секции где ψ и w с — потокосцепление секции и ее число витков; Λ R — расчетная магнитная проводимость Коэффициент ξ может быть определен опытным путем. Его значение для машин с открытыми пазами ξ = 3,7÷6, для машин с полузакрытыми пазами на якоре ξ = 6÷9;
Электродвижущие силы коммутируемой секции Коммутирующая э.д.с., наведенная в коммутируемой секции внешним полем: (Э.Д.С. в проводнике) Магнитный поток, созданный реакцией якоря , направлен таким образом, что коммутирующая ЭДС и собственная ЭДС секции суммируются:
Способы улучшения коммутации Ток коммутации i можно считать состоящим из тока прямолинейной коммутации i пр И накладывающегося на него добавочного тока i д об . Способы улучшения коммутации основаны на уменьшении добавочного тока i доб.
Способы улучшения коммутации Добавочный ток уменьшается при увеличении сопротивления r 1 + r 2 , что достигается выбором щеток. Чем больше ожидаемая результирующая э.д.с. е , тем тверже должны быть щетки , так как они создают в переходном контакте относительно большое сопротивление. Стремятся сумму э.д.с . сделать равной нулю: е = e R + e к = 0. 2. В машинах мощностью не свыше 0,5 кВт коммутирующее поле получают за счёт реакции якоря путём смещения щеток с геометрической нейтрали. по вращению в генераторе и против вращения в двигателе. 3. В машинах больших мощностей для создания коммутирующего поля применяются дополнительные полюса. Их обмотка соединяется последовательно с обмоткой якоря. При этом индукция коммутирующего поля ( В ком ) увеличивается пропорционально току якоря .
Система главных и дополнительных полюсов электродвигателя НБ-418к
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Преобразование энергии в МПТ P 1 =Ua*Ia P в =U в *I в Р 2 = M* ω Q – количество выделяющегося тепла (уносится с перемещением хлодагента t- изменение температуры частей машины (внутренняя тепловая энергия)
Потери мощности в МПТ Электрические потери ( потери в меди): в обмотке якоря : в обмотке добавочных полюсов : в обмотке главных полюсов : в переходном контакте щеток на коллекторе:
Потери мощности в МПТ Магнитные потери (потери в стали): в ярме якоря в зубцах якоря m – масса стали части машины ( кг) -удельные потери k=1,5- 2,5 - коэффициент, зависящий от формы деталей и обработки поверхности β - коэффициент, зависящий от марки стали f=p* ω /2 π - частота перемагничивания
Подшипники и вентиляция щетки Потери мощности в МПТ Механические потери: Дополнительные потери Сумма потерь мощности: КПД машины: Потери мощности постоянные (не зависят от режима работы) Потери мощности переменные (зависят от режима работы)
Рабочая характеристика МПТ η Р 2 Р н η н ~ 0.6 Р н
Расчёт охлаждения эл. машин С= с ∙ m – теплоёмкость машины - превышение температуры машины над средой α – коэффициент теплоотдачи с поверхности машины S- площадь охлаждения
Кривая нагрева машины Кривая охлаждения машины Пример расчёта
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Сравнение характеристик электрических машин различных типов (Рн = 1- 10 кВт; ω= 150 1/с ; общепромышленного исполнения) Тип ЭМП АСМ СМ МПТ М пуск/ М н 1 - 2 --- 5 - 10.. М мах /М н 2 - 3 5 – 10.. 2 – 10.. КПД (ном) 0,8 - 0,85 0,85 0, 8 Ест. Мех. Хар. Жест. Δ ω=3-10% Ид. Жест Любая Рег. ω f, s (R р ) f U, R а , Ф уд. вес кг/кВт 5 - 8 4 - 7 8 - 10 уд. цена руб/кВт 800- 1000 1000- 1200 2000- ? Асинхронные двигатели являются наиболее распространенными среди всех электрических машин. В количественном отношении они составляют около 90% всего парка машин Самым эффективным и самым распространённым среди глубокорегулируемых ( D = 10-100) асинхронных электроприводов является частотно-регулируемый электропривод на основе преобразователя частоты.
Одним из основных требований к двигателю является надежность его работы при минимуме капитальных затрат и эксплуатационных издержек. Это требование может быть удовлетворено лишь при выборе двигателя соответствующей мощности. Применение двигателя завышенной мощности влечет за собой неоправданное повышение капитальных вложений, снижение КПД , а для асинхронных двигателей – ухудшение коэффициента мощности. Применение двигателей недостаточной мощности может привести к нарушению нормальной работы механизма, возникновению аварий и сокращению нормального срока службы двигателя. Нагрузка на двигатель при длительном ее воздействии ограничивается нагревом , а при кратковременном – его перегрузочной способностью . Для асинхронных двигателей максимальный момент ограничен критическим значением момента . для синхронных – значением момента, при котором возможна устойчивая работа двигателя в синхронном режиме. для двигателей постоянного тока максимальный момент ограничен значением, при котором коммутация тока протекает без опасного искрения на коллекторе.
Двигатели общепромышленного назначения могут работать в различных режимах ( ГОСТ 28173 - МЭК 60034-1). Выбор мощности приводного электродвигателя можно осуществить используя рекомендации завода-изготовителя Продолжительный режим работы S1 – работа машины при неизменной нагрузке P и потерях ΔP достаточно длительное время для достижения установившейся (неизменной) температуры всех её частей (θ). Номинальная мощность электродвигателя, указанная в таблицах раздела “Технические данные электродвигателей”, соответствует режиму работы S1 - P H = P S 1.
Кратковременный режим работы S2 - работа машины при нагрузке P в течение времени ∆t Р - недостаточного для достижения всеми частями машины установившейся температуры . После следует остановка машины на время, достаточное для охлаждения машины . Р S 1 - номинальная мощность двигателя в длительном режиме S 1; Т - постоянная времени нагрева двигателя. При работе момент нагрузки (ток якоря) не должен превышать максимально -допустимый ( ~ 80% М мах )
Периодический повторно-кратковременный режим работы S3 – последовательность циклов работы, каждый из которых включает время работы при неизменной нагрузке, за которое машина не нагревается до установившейся температуры , и время стоянки, за которое машина не охлаждается до температуры окружающей среды. β= 0.3-0.6 - коэффициент уменьшения теплоотдачи при стоянке двигателя; K 0 =0.2-0.6 - отношение потерь холостого хода к потерям при нагрузке; ПВ - относительная продолжительность включения в %. Значения коэффициентов β и К 0 для двигателей – см. рекомендации изготовителя
метод эквивалентных величин -основан на предположении, что потери мощности электродвигателя при его работе с продолжительной переменной нагрузкой - эквивалентное значение тока эквивалентное значение мощности равны потерям в этом двигателе при его работе с продолжительной постоянной нагрузкой метод можно применять к электродвигателям, у которых изменение нагрузки не вызывает значительных изменений частоты вращения и основного магнитного потока.
Тест опрос – 10 вопросов по 30 сек . 1. Что такое «потери энергии в меди» 2. Объясните термин «потери энергии в стали» 3. Что такое «постоянные потери энергии» 4. Объясните термин «переменные потери энергии» 5. Чем определяется электромагнитный момент асинхронной машины 6. Какие способы используют для изменения частоты вращения асинхронного двигателя 7. Объясните термин «Критическим момент» асинхронной машины 8. Что такое «Номинальная мощность» эл. машины 9. Чем отличается кратковременный режим работы ( S 2 ) от длительного ( S1 ) 10. Сформулируйте второй закон Ньютона Спасибо за работу!
Тест опрос – 10 вопросов по 30 сек . Вопросы для самоконтроля по теме : «Потери в МПТ» 1. Что такое «постоянные потери энергии» 2. Объясните термин «переменные потери энергии» 3. Чем определяется электромагнитный момент асинхронной машины 4. Какие способы используют для изменения частоты вращения асинхронного двигателя 5. Объясните термин «Критическим момент» асинхронной машины 6. Что такое «Номинальная мощность» эл. машины 7. Чем отличается кратковременный режим работы ( S 2 ) от длительного ( S1 ) 8. Сформулируйте второй закон Ньютона
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
1. Что такое «потери энергии в меди» 2. Объясните термин «потери энергии в стали» 3. Что такое «постоянные потери энергии» 4. Объясните термин «переменные потери энергии» 5. Чем определяется электромагнитный момент асинхронной машины Потери энергии связанные с выделением тепла при протекании тока в активном сопротивлении Потери энергии вызванные перемагничиваем ферромагнитных материалов Потери энергии практически не изменяющиеся при изменении режима работы машины (например потери энергии в стали трансформатора ) Потери энергии значительно изменяющиеся при изменении режима работы машины (например потери энергии в меди якоря машины )
7. Объясните термин «Критическим момент» асинхронной машины 8. Что такое «Номинальная мощность» эл. машины 9. Чем отличается кратковременный режим работы ( S 2 ) от длительного ( S1 ) 10. Сформулируйте второй закон Ньютона Максимальный момент асинхронной машины который соответствует перелому механической характеристике (смена знака жесткости ) Номинальная мощность электродвигателя, указанная в паспорте машины Длительность приложения нагрузки в режиме S1 значительно больше постоянной времени нагрева машины ( Δt р >> T ), а при S2 – значительно меньше ( Δt р << T ) Векторная сумма сил действующих на жесткое тело пропорциональна произведению ускорению движения тела (относительно инерциальной системы отсчёта) на массу тела: ΣF= a ∙ m
Основное уравнение движения электропривода Векторная сумма сил действующих на жесткое тело равна произведению ускорению движения тела (относительно инерциальной системы отсчёта) на массу тела: ΣF= a ∙ m Эл Машина Р эл М д Раб. Орган М с ω = ? Мс – приведённый к валу машины момент сопротивления механизма, (возникающий на валу рабочей машины РО и передающийся на вал приводного электродвигателя по средством элементов трансмиссии) J Σ – приведённый к валу машины момент инерции движущихся частей (способность движущихся частей накапливать кинетическую энергию)
Диск или цилиндр вращающийся вокруг центральной оси Момент инерции стержня при вращении относительно оси, проходящей через его конец Момент инерции стержня при вращении относительно оси, проходящей через его центр Момент инерции шара при вращении относительно оси, проходящей через его центр Момент инерции тела есть сумма моментов инерции материальных точек, составляющих это тело.
Определение установившейся частоты вращения Если момент М д, развиваемый двигателем , равен моменту сопротивления М с М д = М с - следовательно частота вращения электропривода - не изменяется - ω= const Что соответствует статическому режиму работы Моменты сопротивления механизмов можно разделить на две категории: реактивные моменты – моменты сопротивления от сжатия, резания, моменты трения и т. п., препятствующие движению привода в любом направлении и изменяющие свои знак при изменении направления вращения активные или потенциальные моменты –связаны с изменением потенциальной энергии отдельных элементов привода. Потенциальные моменты могут тормозить движение привода или, наоборот, способствовать его движению. Зависимость между приведенными к валу двигателя скоростью и моментом сопротивления механизма ω= f ( Mc ) называют статической механической характеристикой производственного механизма.
ω I a (M э ) R доп =0 R доп = var Если момент сопротивления не равен нулю Изменяется (при изменении R доп ) и частота вращения
Понятие устойчивость Электромеханических систем Эл Машина Р э л М д Раб. Орган М с М ω 2 М Д М с ω у1 ω у2 Для точки 2 ( ω у2 ) при случайном увеличении момента: Мс - ( Мс > M Д ) → частота вращения уменьшается → М Д ↑ → М с = M Д Для точки 2 ( ω у2 ) при случайном уменьшении момента: Мс - ( Мс < M Д ) → частота вращения возрастает → М Д ↓ → М с = M Д Для точки 1 ( ω у1 ) при случайном уменьшении момента: Мс - ( Мс > M Д ) → частота вращения уменьшается → М Д ↓ → М с >> M Д Точка 1 – точка неустойчивого движения Точка 2 - устойчивого В точке 1 – жесткость статических механических характеристик – β д - β с >0 В точке 2 – β Д - β с <0 β - β с >0 β - β с <0
Под динамическим понимают режим работы в случае если: Исходя из основного уравнения движения эл. привода: происходит при: Время ускорения (либо замедления) определим как: Для конечных приращений частоты вращения получим:
Пример расчета времени ускорения ЭП асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором приводит во вращение вал исполнительного механизма. Номинальная мощность двигателя P н =22 кВт; синхронная частота вращения двигателя n 0 =3000 об/мин; номинальный момент Максимальный момент: Пусковой момент: Номинальное скольжение: Критическое скольжение:
Используем формулу Клосса: М Д ω 2 s ω 1 0 1 0 ω кр s кр 9 3 ,7 159 3000 нМ n 2 Об/мин 2640 0,12
М Д ω 2 Тогда моменту сопротивления М 1 М 1 Соответствует частота вращения ω уст ω уст Разделим диапазон от ω =0 до ω уст на промежутки И для каждого промежутка изменения частоты вращения найдём время ускорения: ω i ω i+1 M Д - Мс Время ускорения привода от нулевой частоты вращения до установившейся определится как сумма всех Δ t k Matcad
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
релейно-контакторные системы управления выполняют первую основную функцию автоматического управления: автоматический разгон, торможение, реверсирование и остановку двигателей. Управляющее устройство- кнопки и ключи управления реле времени, скорости, тока и др. Преобразовательное устройство : Контакторы, пусковые резисторы и др. Силовая цепь системы – часть схемы, где происходит основное преобразование энергии, Цепь управления - часть схемы, где происходит передача информации (в виде тока управления).
пускорегулирующая аппаратура
Электромагнитный момент: Частное решение уравнения -механическая постоянная времени электропривода
Расчёт элементов пусковых цепей ω I а t ω I а 4÷5∙τ I хх ω хх I пуск + I хх
Расчёт элементов пусковых цепей Исходя из обеспечения допустимого тока якоря - 2-3 I a ном : Уменьшение сопротивления R пуск должно происходить в геометрической прогрессии, тогда Алгоритм срабатывания контакторов (последовательность) может задаваться в функции времени , тока якоря либо частоты вращения
Замкнутые системы управления электроприводами Схема автоматического пуска МПТ в функции тока EWB ( i) EWB ( t)
Типовая схема асинхронного привода
Программируемые логические контроллеры (ПЛК) – это прибор, включающий микропроцессор, устройства ввода/вывода, сетевые адаптеры, блок питания и др ZELO soft
ω M Коэффициент передачи любого звена (т.е элемента имеющего вход и выход) Под действием изменяющегося момента сопротивления (нагрузки) возникают изменения частоты вращения, т.е частота вращения отклоняется от заданной (номинальной). Статическая относительная ошибка составит:
Для уменьшения статической ошибки в систему вводится отрицательная обратная связь : Управляемый выпрямитель Электродвигатель Датчик частоты вращения – тахогенератор Регулятор частоты вращения Упр. U c U a ω U TG U зад А Ошибка системы с ООС уменьшается относительно ошибки элемента в К-1 раз ( К - произведение коэффициентов передачи всех элементов ООС)
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Основные законы электротехники
Принцип действия эл. генератора S N ЭДС якорной обмотки:
Принцип действия эл. двигателя S N 1 2 3 4 1 Электромагнитный момент:
Конструкция ЭМ Вал машины Обмотка статора Сердечник ротора токосъёмное устройство обмотка ротора Сердечник статора
Асинхронные машины
Образование вращающегося магнитного поля 0 60 120 180 240 300 360 Магнитное поле машины вращается с частотой: где f 1 – частота тока в статоре р- число пар полюсов машины При f 1 =50 Гц синхронная частота вращения равна: р=1 ω 1 = 314 рад/с (3000 об/мин) р=2 ω 1= 157 рад/с (1500 об/мин) р=3 ω 1= 104 рад/с (1000 об/мин) и т.д
Принцип действия АСМ (двигателя): Магнитное поле машины вращается с частотой: Вращающееся магнитное поле статора наводит в обмотке ротора ЭДС: ЭДС вызывает появление тока в обмотке ротора: На проводники ротора (с током) действуют электромагнитные силы и образуется электромагнитный вращающий момент: Под действием электромагнитного момента ротор вращается с частотой вращения ω 2 , несколько меньшей, чем частота вращения магнитного поля статора. Отличие частот вращения ротора и магнитного поля называют скольжением: При вращении ротора частота перемагничивания ротора (тока ротора) зависит от скольжения:
Схема включения АСМ Схема замещения АСМ ~ U 1 I 1 Режим КЗ - ротор неподвижен ( ω 2=0; либо s=1) Приведение параметров вторичной обмотки к первичной:
Схема замещения АСМ
Механическая характеристика АСМ Электромагнитный момент АСМ (мощность) пропорционален квадрату напряжения питающей сети М эм ω 2 s ω 1 0 1 0 ω кр s кр М п
Потери мощности (эл. энергии) в асинхронных машинах Энергия – форма существования материи, она не возникает из ни чего и не исчезает бесследно. E = m C 2
Р 1 =3 U ф I ф cos φ Р 2 = М ω 2 Δ P э1 =3 r 1 I ф – потери в меди статора Δ P э2 =3 r 2 I 2 – потери в меди ротора Δ P м1 – потери в стали статора Δ P мех = М тр ω 2 – механические потери Δ P доп ≈1-5% Р 2н – дополнительные, связанные с локальными колебаниями магнитного потока и др. ?
КПД машины: η Р 2 Р н η н ~ 0.6 Р н КПД максимально, в случае если постоянные потери равны переменным:
Тест опрос – 10 вопросов по 30 сек . 1. От каких параметров зависит ЭДС обмотки? 2. Что обозначает термин «число пар полюсов машины»? 3. Как определяется электромагнитный момент машины? 4. Из каких основных частей состоит магнитная система машины. 5. Что такое схема замещения электрической машины? 6. Что такое пусковой момент электродвигателя? 7. Что такое «Реакция якоря» в эл. машинах 8. Что такое «потери энергии в меди» 9. Объясните термин «потери энергии в стали» 10. От каких параметров зависит жесткость мех. характеристики шунтового эл. двигателя Спасибо за работу!