Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников Салаватского индустриального колледжа по специальности 140613 «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования»

Салаватский индустриальный колледж































ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД



Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников Салаватского индустриального колледжа

по специальности 140613

«Техническая эксплуатация и обслуживание электрического 

и электромеханического оборудования»









































2006







Одобрена  предметной  (цикловой)  комиссией электротехнических дисциплин



Председатель

                      Е.А.Кабатова

Методические указания составлены в соответствии с рабочей  программой по дисциплине «Электрический привод»

по специальности 140613«Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования»

Заместитель директора  

по учебной работе

_____________  Г.А.Бикташева 





































Составитель:



преподаватель

Салаватского индустриального колледжа                                                                                               



Ф.А.Кобякова

Рецензент



преподаватель 

Салаватского индустриального  колледжа



М.Е.Колеганов

Ответственный за выпуск

А.Б.Денисов






















 

Содержание



1 Введение	

4

2 Программа учебной дисциплины	

6

3 Перечень практических и лабораторных работ 

24

4 Задания для контрольных работ 

24

5 Литература 

32




Введение



Электрический привод (ЭП) представляет собой электромеханическую систему, обеспечивающую реализацию различных технологических и производственных процессов в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте, коммунальном хозяйстве и в быту с использованием механической энергии. Назначение ЭП состоит в обеспечении движения исполнительных органов рабочих машин и механизмов и управлении этим движением. Другими словами, ЭП, являясь энергетической основой реализации технологических и производственных процессов, во многом определяет их качество, энергетические и технико-экономические показатели.

Расширение и усложнение выполняемых ЭП функций, использование в них новых элементов и устройств, все более широкое включение ЭП в системы автоматизации технологических процессов требуют высокого уровня подготовки специалистов, занимающихся их проектированием, монтажом, наладкой и эксплуатацией. Они должны хорошо разбираться в основных физических процессах, протекающих в ЭП, знать назначение, устройство, принцип действия, свойства и характеристики их компонент, разбираться в схемах управления ЭП и уметь выбирать их элементы, а также определять технико-экономические показатели работы ЭП.

Дисциплина «Электрический привод» предусматривает изучение классификации электроприводов; структурной схемы электропривода; физических процессов в электроприводах с машинами постоянного тока, асинхронными и синхронными машинами; принципов управления в электроприводе; элементов схем управления; основ автоматизированного электропривода; принципов автоматического управления электроприводами; типовых схем и узлов разомкнутых и замкнутых систем автоматического управления электроприводами; преобразовательных устройств.

 Учебная дисциплина «Электрический привод» является специальной дисциплиной  и базируется на знаниях, полученных студентами при изучении общепрофессиональных и специальных дисциплин «Теоретические основы электротехники», « Автоматика », «Электрические машины и аппараты», «Электронная техника», «Техническая механика», «Инженерная графика».

 Методическое указание предназначено для студентов  специальности № 140613 «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования» , которые готовятся для работы в качестве техников. Объектами профессиональной деятельности техников являются технологические процессы по поддержанию технической исправности и работоспособности электрического и электромеханического оборудования, восстановлению его работоспособности, нарушенной во время эксплуатации, техническому перевооружению электрического и электромеханического оборудования до уровня перспективных требований.



В результате изучения учебной дисциплины студент должен:

иметь представление:

-  о роли и месте учебной дисциплины в основной  профессиональной образовательной программе данной специальности и в сфере профессиональной деятельности техника;

-  о структурном и функциональном составе ЭП;

-  о применении ЭП в современном производстве;

знать:

-   классификацию, назначение, характеристики элементов и всего ЭП;

-  принцип работы ЭП;

-   порядок расчета мощности, выбор электродвигателей и элементов схем управления;

-   принципы автоматического управления ЭП;

уметь:

читать и составлять типовые схемы управления ЭП;

правильно выбирать электродвигатели для привода по мощности;

управлять пуском и реверсом двигателя;

объяснить  принцип действия ЭП.

	

Рабочая программа рассчитана на 96 часов (из них 22 ч. лабораторных и практических занятий ).

Методические указания

При изучении учебной дисциплины необходимо постоянно обращать внимание на ее прикладной характер. 

Освоение учебной дисциплины предполагает практическое осмысление ее разделов и тем на лабораторных и практических занятиях, в процессе которых студенты должны закрепить и углубить теоретические знания, приобрести необходимые умения.

В содержании учебной дисциплины по каждой теме приведены требования к формируемым представлениям, знаниям и умениям.

При изучении материала необходимо соблюдать единство терминологии и обозначений в соответствии с действующими стандартами.

Вначале необходимо проработать материал по разделам тематического плана и только после его усвоения следует перейти к расчетной и теоретической частям контрольной работы. 

Изучение материала следует вести по приведенной литературе, тщательно конспектируя прорабатываемый материал. 

	Помните, что наличие хорошего конспекта со ссылками на литературу поможет успешно выполнить контрольную работу и сдать экзамен.	

Изображение схем в конспекте облегчает их понимание и способствует запоминанию отдельных типовых узлов, которые часто повторяются во многих схемах. Приучайтесь, читая схему, выделять в ней функциональные узлы, т.е. такие "кусочки" схемы, которые состоят из нескольких элементов, повторяются в различных схемах, но служат одним и тем же целям.

	Для успешного освоения учебного материала в процессе конспектирования пользуйтесь прилагаемым перечнем вопросов. При ответе на них легче усвоите математические выводы, формулы и схемы. Помните, что вопросы для самоконтроля   не исключают необходимости тщательного анализа всего материала. Расчетные навыки получите при выполнении контрольной работы.	

При выполнении контрольной работы необходимо помнить, что все     расчеты должны быть подробными, четко выполненными с соответствующими пояснениями. В расчетах должны использоваться единицы физических величин международной системы "СИ.

	Результаты расчетов следует анализировать с точки зрения реальности и соответствия их данной задаче.

Все ответы на вопросы должны быть краткими, четкими и в то же время исчерпывающими.

Все схемы должны выполняться карандашом по линейке с соблюдением всех условных обозначений согласно действующим ГОСТам (ГОСТ 2.105 и последующие).    

Учебным планом предусмотрена сдача экзамена. 










2 Программа учебной дисциплины



	Тематический план



	Наименование раздела, темы

	Максимальная учебная нагрузка в часах

	Количество аудиторных часов при очной форме обучения

	Самостоятельная работа студентов в часах

	

	

	Всего

	Лабораторно-практических занятий

	

	1

	2

	3

	4

	5

	Введение



	Раздел1 МЕХАНИКА ЭДЕКТРОПРИВОДА

	Тема 1.1 Статические и динамические нагрузки. Основное уравнение электропривода. 

	Тема 1.2 Приведение движения элементов электропривода к одной оси вращения.

	2

	

	

	

	4

	

	

	4

	2

	

	

	

	2

	

	

	4

	

	

	

	

	

	

	

	2

	

	

	

	

	2

	

	

	

	Итого по разделу…

	8

	6

	2

	2

	

	Раздел 2 ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ С ДВИГАТЕЛЯМИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

	Тема 2.1 Режимы работы двигателя постоянного тока (ДПТ) и его характеристики. 

	Тема 2.2 Расчет и построение характеристик двигателя постоянного тока.

	Тема 2.3 Пуск, торможение и реверс двигателя постоянного тока.

	Тема 2.4 Регулирование скорости двигателя постоянного тока.

	

	

	

	    

	    6

	

	4

	

	4

	

	6

	

	

	

	

	

	6

	

	4

	

	4

	

	4

	

	

	

	

	

	2

	

	2

	

	2

	

	2

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	

	2

	

Итого по разделу…

	20

	18

	8

	2

		

	

	Раздел 3 ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ С ДВИГАТЕЛЯМИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

	Тема3.1 Механические характеристики асинхронного двигателя (АД) переменного тока.

	Тема3.2 Пуск, торможение и реверс асинхронного двигателя переменного тока.

	Тема3.3 Регулирование скорости асинхронного двигателя переменного тока

	Тема3.4 Электропривод с синхронным двигателем переменного тока

	

	

	

	

	10

	

	

	4

	

	8

	

	6

	

	

	

	

	

	8

	

	

	4

	

	6

	

	4

	

	

	

	

	

	4

	

	

	

	

	2

	

	

	

	

	

	

	

	2

	

	

	

	

	2

	

	2

	

	Итого по разделу…

	28

	22

	6

	6

	

Раздел 4 ЭНЕРГЕТИКА  ЭЛЕКТРОПРИВОДА. 

	Тема 4.1 Потери мощности и энергии в электроприводе.

	Тема 4.2 Переходные процессы в электроприводе. 

	Тема 4.3 Выбор двигателя для электропривода. 

	

	

	

	

	6

	

	6

	

	8

	

	

	

	

	4

	

	4

	

	6

	

	

	

	

	

	2

	

	

	

	2

	

	2

	

	2

Итого по разделу…

	20

	14

	2

	6

	

	Раздел 5 СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

	

	Тема5.1 Разомкнутые системы электропривода. 

	

	Тема5.2 Замкнутые системы электропривода.

	Преобразовательные устройства

	

	

	

	

	

	8

	

	

	10

	

	

	

	

	6

	

	

	8

	

	

	

	

	

	2

	

	

	2

	

	

	

	

	

	

	2

	

	

	2

	

Итого по разделу…

	18

	14

	4

	4

	Всего по дисциплине

	96

	76

	22

	20
















 Содержание учебной дисциплины и методические указания



	Введение

Краткое содержание учебной дисциплины. Связь с другими дисциплинами. Роль и место электропривода (ЭП) в производственном процессе и быту. Определения и понятия. Назначение и классификация ЭП. Структурная схема ЭП.

Методические указания

Данная тема является вводной   и должна дать понятие о значимости данной дисциплины, о самоорганизации учебной деятельности студента в освоении электрического привода.

Вопросы для самоконтроля:

1. Назовите характерные технологические процессы в промышленном производстве.

2. Приведите свои примеры рабочих машин и их исполнительных органов, реализующих технологические процессы и операции.

3. Каковы особенности функционирования исполнительных органов рабочих машин?

4. Охарактеризуйте механическое движение исполнительного органа рабочей машины.

5. Что такое момент или сила сопротивления?

6. Каковы преимущества электрического привода?

7. Дайте определение электрического привода и приведите примеры реализации его элементов.

8. Как классифицируются электрические приводы?

9. Назовите основные этапы развития электрического привода.

10. Чем характеризуется развитие современного электрического привода?

Литература: 1 ;2;4.

Раздел 1 МЕХАНИКА ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Тема 1.1 Статические и динамические нагрузки. Основное уравнение электропривода

Студент должен:

иметь представление:

– о видах нагрузок  в  ЭП;

– о видах движений ЭП при различных моментах;

знать:

	характеристики механизмов и электродвигателей (ЭД);

	основное уравнение движения ЭП.

Механическая часть электропривода (ЭП). Возможные направления передачи механической мощности в ЭП. Динамический момент и силы сопротивления. Момент инерции тела относительно оси вращения. Активные и реактивные моменты. Основное уравнение движения ЭП.

Методические указания

Механическое движение от вала двигателя к исполнительному органу передается с помощью механического передаточного устройства (МПУ, которое в общем случае включает в себя различные механические элементы – шестерни, канаты, валы, муфты сцепления, шкивы и т. д. Эти элементы вращаются или движутся поступательно с разной скоростью, имеют определенную жесткость и момент инерции (массу), а соединения между ними в общем случае содержат зазоры. Наличие этих свойств элементов МПУ вносит определенные искажения в процесс передачи движения от двигателя к исполнительному органу и требует соответствующего учета. Анализ механического движения осуществляется с помощью расчетных схем электропривода, получаемых по определенным правилам.

Вопросы для самоконтроля:

1. Какие элементы относятся к механической части ЭП?

2. Запишите уравнения, описывающие поступательное и вращательное движения механических элементов.

3. Какое движение называется установившимся и какое неустановившимся?

4. Поясните правило определения знаков моментов в уравнении движения.

5. Что такое динамический момент ЭП?

6. Что такое жесткость механической характеристики ?

7. Как с помощью механических характеристик двигателя и исполнительного органа определить скорость установившегося движения?

8. Как можно оценить устойчивость движения?

9. В каких случаях возникает неустановившееся движение ЭП?

10. Какова цель рассмотрения неустановившегося движения?

11. Какими уравнениями описывается неустановившееся движение?

12. От каких факторов может в общем случае зависеть динамический момент ЭП?,

13. Поясните физический смысл электромеханической постоянной времени и способ ее определения по кривым переходного процесса.

14. Назовите методы получения кривых переходного процесса при произвольном характере динамического момента ЭП.

Литература: 1 ;2;4.

Тема 1.2 Приведение движения элементов электропривода к одной оси вращения

Студент  должен:

знать:

	понятия: масса, инерция, маховый момент;

	назначение приведения статических моментов и моментов инерции к валу электродвигателя;

уметь:

	-	выполнять операцию приведения;

объяснять особенности расчета приведенного момента нагрузки при различных направлениях потока энергии в механической части ЭП.

Масса, инерция, момент инерции. Операция приведения. Приведения статических моментов и моментов инерции к валу ЭД. Приведенный маховый момент.

Методические указания

Элементы механической части привода механически связаны друг с другом и образуют единую кинематическую цепь от двигателя к исполнительному органу. Каждый элемент имеет свою скорость движения и характеризуется моментом инерции или массой, а также совокупностью действующих на него моментов или сил. Движение любого элемента описывается уравнением, при использовании которых должно быть учтено взаимодействие этого элемента с остальной частью кинематической цепи, что удобно осуществлять путем приведения моментов и усилий, а также моментов инерции и масс. В результате выполнения этой операции приведения реальная кинематическая схема заменяется расчетной энергетически эквивалентной схемой, основу которой составляет тот элемент, движение которого рассматривается.

Приведение моментов и усилий, а также моментов инерции и масс может быть осуществлено к любому элементу механической части электропривода, но, как правило, этим элементом является вал электродвигателя. Это позволяет наиболее полно исследовать характер движения привода и режим его работы, точнее формировать законы движения. Зная параметры кинематической схемы, можно определить и вид движения исполнительного органа. В некоторых более редких случаях поступают наоборот, осуществляя приведение всех величин к исполнительному органу.



Вопросы для самоконтроля:

1. Для чего выполняется операция приведения?

2. Поясните особенности расчета приведенного момента нагрузки при различных направлениях потока энергии в механической части ЭП.

3. Чем обусловлено использование многомассовых расчетных схем ЭП?

Литература: 1 ;2;4.

Раздел 2 ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ С ДВИГАТЕЛЯМИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Тема 2.1 Режимы работы двигателя постоянного тока (ДПТ) и его характеристики

Студент должен:

знать:

	основные схемы включения ДПТ;

	допущения, принимаемые при выводе формул для характеристик ДПТ;

	виды и признаки энергетических режимов ДПТ;

уметь:

	различать естественные и искусственные характеристики;

	проводить      испытания      по      анализу      механических      и электромеханических свойств ДПТ.

Режимы работы двигателя постоянного тока (ДПТ), основные схемы включения ДПТ. Электромеханическая и механическая характеристики ДПТ при различных способах возбуждения.

Методические указания

В ЭП используются двигатели постоянного тока независимого (ДПТНВ), последовательного (ДПТПВ) и смешанного (ДПТСВ) возбуждения, а также двигатели с возбуждением от постоянных магнитов, которые по своим характеристикам близки к ДПТНВ. Вывод уравнений для характеристик ДПТ осуществляется при следующих допущениях: реакция якоря не учитывается; момент на валу двигателя равен электромагнитному моменту.

В основе вывода лежат уравнение электрического равновесия цепи якоря и выражения ЭДС и момента ДПТ, которые соответственно записываются в виде

 

U = E + IR      (1)

E = kФω           (2)

М = kФI             (3)

 

где r = rя + rд — полное сопротивление цепи якоря, Ом; 

      Ф — магнитный поток ДПТ, Вб; 

      ω — угловая скорость ротора ДПТ (в дальнейшем просто скорость), рад/с; 

      k = pN/(2πa) —конструктивный коэффициент ДПТ; 

      р—число пар полюсов; N — число активных проводников обмотки якоря; 

      а — число параллельных ветвей обмотки якоря.

Подставляя (2) в (1), получаем формулу для электромеханической характеристики ДПТ

 

ω = (U – IR)/(kФ)            (4)

 

Формула для механической характеристики ДПТ независимого возбуждения получается из (4) заменой в нем тока на момент по выражению (3)

 

ω = U/(kФ)-МR/(kФ)2         (5)

 Выражения (4) и (5) позволяют назвать основные способы получения искусственных характеристик ДПТ независимого возбуждения в целях регулирования координат электропривода: изменение сопротивления добавочного резистора в цепи якоря Rд, магнитного потока Ф и напряжения U, подводимого к цепи якоря. 

Энергетический режим работы двигателя зависит от механических М, ω  и электрических Е, I координат двигателя определяющих его механическую Р2 = Мω и электромагнитную Рэм=EI мощности.

Необходимо     отметить,    что   для двигательного   режима   характерно одинаковое направление скорости и момента и противоположное направление ЭДС и тока, а для    генераторного режима, наоборот, направление    ЭДС и тока    совпадают,    а    скорости    и    момента — нет. Для режимов холостого хода характерно равенство нулю тока и момента, а для режима короткого замыкания – равенство нулю ЭДС и скорости двигателя.

Вопросы для самоконтроля:

1. Какие серии двигателей постоянного тока выпускаются электротехнической промышленностью?

2. Опишите основную схему включения двигателя постоянного тока независимого возбуждения.

3. Какие допущения принимаются при выводе формул для характеристик двигателя постоянного тока?

4. Назовите виды и соответствующие признаки энергетических режимов двигателя.

5. Назовите основные способы регулирования координат ЭП с двигателем постоянного тока независимого возбуждения.

Литература: 1 ;2;4.

Тема 2.2 Расчет и построение характеристик двигателя постоянного тока

Студент должен:

знать:

                -  понятия: относительные и именованные величины;

                -  основные соотношения параметров для ДПТ;

уметь:

 -рассчитывать и строить механические характеристики ДПТ в относительных единицах.

Основные соотношения параметров для ДПТ. Расчет и построение механических характеристик ДПТ. Относительные величины. Характеристики ДПТ в относительных единицах.

 Методические указания

Электромеханическая и механическая характеристики  ДПТНВ представляют собой линейные зависимости скорости от тока и момента.

 Основной особенностью ДПТ последовательного возбуждения является включение его обмотки возбуждения ОВ последовательно с обмоткой якоря, вследствие чего ток якоря одновременно является и током возбуждения. Магнитный поток Ф и ток I якоря связаны между собой кривой намагничивания. В общем случае эта кривая не имеет точного аналитического выражения, поэтому нельзя получить и точных выражений для характеристик ДПТ последовательного возбуждения. Тем не менее, можно представить эту кривую с помощью какого-либо приближенного аналитического выражения, что позволит проанализировать вид характеристик ДПТ последовательного возбуждения.

Для графического изображения характеристик ДПТ последовательного возбуждения необходимо отметить следующие положения:

1.  При I → 0, M → 0, ω → ∞, т. е. ось скорости является, вертикальной асимптотой для  характеристик  ДПТ  последовательного  возбуждения.

2.  При I → ∞,  M → ∞,  ω → — R/(ka), т,  е.  прямая  с ординатой ωа = — R/(ka)   является  горизонтальной   асимптотой   характеристик ДПТ.

Зависимости ω(I) и ω(M) имеют гиперболический характер. 

Для  получения  реальных естественных   характеристик   ДПТ   последовательного возбуждения в практических     расчетах   используются  так называемые универсальные характеристики ДПТ последовательного возбуждения. Эти характеристики представляют собой зависимости относительных значений скорости ДПТ ω* = ω/ω ном и момента M*= M/Mном от относительного тока I* = I/Iном.

Двигатель смешанного возбуждения, имея две обмотки возбуждения, сочетает в себе свойства как ДПТ независимого возбуждения, так и ДПТ последовательного возбуждения.



Вопросы для самоконтроля:

1 В чем особенности схемы включения и характеристик ДПТНВ?

2. Что такое универсальные характеристики двигателей постоянного тока последовательного и смешанного возбуждения?

3. В чем особенности схемы включения и характеристик ДПТПВ?

4. В чем особенности схемы включения и характеристик ДПТСВ?

Литература: 1 ;2;4.

Тема 2.3 Пуск, торможение и реверс двигателя постоянного тока

Студент должен:

знать:

процессы, происходящие в ДПТ при пуске, торможении и реверсе;

влияние добавочных резисторов в цепи якоря на величины тока и момента;

 – способы торможения ДПТ;

	    уметь:

	     	– строить пусковую диаграмму ДПТ;

	      – рассчитывать и включать пусковой резистор  в цепь якоря;

	      – составлять схему включения ДПТ для его пуска, торможения и реверса.

Пусковая диаграмма ДПТ. Изменение тока при пуске. Графоаналитический метод расчета пускового резистора. Динамическое торможение. Торможение противовключением. Выбор пусковых резисторов.

Методические указания

Для ограничения тока и момента при пуске в простейшем случае используется одна искусственная характеристика. Порядок пуска ДПТ следующий: вначале он начинает работать по характеристике пусковой при наличии в цепи якоря добавочного резистора RД1. Далее при скорости ω1  резистор Rд1, закорачивается и ДПТ переходит на естественную характеристику. Сопротивление резистора RД1 выбирается из условия обеспечения допустимого тока в начальный момент пуска

 

Rд1 = U/Iдоп – Rя,                        

где Iдоп – допустимый ток,А.

Во многих случаях при пуске ДПТ используется не одна, а несколько искусственных характеристик. Их количество зависит от момента нагрузки электропривода и требований плавности переходных процессов.

Динамическое торможение ДПТ осуществляется отключением якоря от сети и замыканием его на резистор.

 Для  ДПТ последовательного возбуждения возможны два варианта тормозного режима: при его работе генератором последовательно с сетью (режим торможения противовключеиием) и независимо от сети (режим динамического торможения).

Вопросы для самоконтроля:

1. Что такое пусковая диаграмма и как она строится?

2. Назовите способы торможения ДПТПВ.

3. Каким образом осуществляется режим динамического торможения для ДПТ?

4. Сущность графо -аналитического метода расчета пусковых сопротивлений для ДПТ.

Литература: 1 ;2;4.

Тема 2.4 Регулирование скорости двигателя постоянного тока

Студент должен:

знать:

	-	способы регулирования скорости ДПТ, их достоинства и недостатки;

    

 уметь:

–  строить  регулировочные  характеристики  ДПТ   при  различных способах регулирования скорости; 

–  рассчитывать регулировочные резисторы.

	Способы регулирования скорости ДПТ. Регулирование скорости ДПТ

	изменением напряжения, сопротивления цепи якоря и изменением потока

	возбуждения. Расчет регулировочных резисторов. Импульсное  регулирование.

Методические указания

Регулированием скорости является принудительное изменение скорости двигателя в целях регулирования скорости движения исполнительных органов рабочих машин и механизмов. В общем случае регулирование скорости двигателей – а под этим понимается также и поддержание скорости на заданном уровне – может осуществляться двумя способами – параметрическим и в замкнутых системах.

При параметрическом способе регулирование достигается изменением каких-либо параметров электрических цепей двигателей или питающего напряжения за счет включения, например, различных дополнительных элементов: резисторов, конденсаторов, индуктивностей. Качество такого регулирования скорости обычно оказывается не очень высоким. 

При необходимости получения процесса регулирования скорости с высокими качественными показателями переходят к замкнутым системам электропривода, в которых воздействие на двигатель обычно осуществляется изменением подводимого к двигателю напряжения, или частоты этого напряжения, или того и другого. Для этой цели служат различные силовые преобразователи постоянного и переменного тока. 

Регулирование скорости в количественном отношении характеризуется шестью основными показателями (диапазон регулирования, стабильность скорости, плавность регулирования скорости, направление регулирования скорости, допустимая нагрузка двигателя, экономичность регулирования скорости.)

Вопросы для самоконтроля:

1. Какие координаты (переменные) ЭП регулируются при управлении движением исполнительного органа?

2. Какими способами может осуществляться регулирование координат ЭП?

3. Какими показателями оценивается регулирование скорости?

4. В каких случаях и каким образом регулируется момент двигателя?

5. В каких случаях возникает необходимость регулирования (ограничения) тока двигателя? 

6. В чем сущность регулирования положения ЭП?

7. Поясните структурное построение ЭП.

8. Какие существуют принципы построения замкнутых ЭП?

9. Назовите виды обратных связей.

10. Что такое автоматизированный ЭП?

Литература: 1 ;2;4.





Раздел 3 ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ С ДВИГАТЕЛЯМИ

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА



Тема 3.1 Механические характеристики асинхронного двигателя (АД)

переменного тока

Студент должен:

знать:

	механические характеристики АД переменного тока для различных режимов работы;

	влияние активного сопротивления в цепи ротора и напряжения в
обмотке статора на механическую характеристику;

уметь:

	рассчитывать механические характеристики асинхронных двигателей в различных режимах работы, в том числе и по формуле  Клосса   

	

Механическая характеристика трехфазного асинхронного двигателя (АД). Двигательный и тормозной режимы. Формула Клосса. Упрощенный расчет механической характеристики АД по формуле Клосса.

Методические указания

Асинхронные двигатели (АД) являются в настоящее, время самым распространенным видом электродвигателя в промышленности и сельском хозяйстве. Это определяется рядом преимуществ АД по сравнению с другими видами двигателей: он более прост и надежен в эксплуатации, для его изготовления требуется меньше цветных металлов, он имеет меньшие массу, габариты и стоимость, чем двигатели постоянного тока.

Для получения выражений электромеханической и механической характеристик АД используется его схема замещения, на которой цепи статора и ротора представлены своими активными и индуктивными сопротивлениями. Особенность схемы замещения АД состоит в том, что в ней ток, ЭДС и параметры цепи ротора пересчитаны (приведены) к цепи статора, что и позволяет изобразить эти две цепи на схеме соединенными электрически, хотя в действительности связь между ними осуществляется через электромагнитное поле. 

В отличие от двигателя постоянного тока электромеханическая характеристика АД представляется в виде зависимости тока ротора от скольжения, а не от скорости  , что является особенностью этих двигателей.  Для построения электромеханической характеристики АД используются  характерные точки этой зависимости и ее асимптоты, придавая скольжению s и скорости  различные значения в пределах ±бесконечность.

Вопросы для самоконтроля:

1. Какие серии АД выпускаются электротехнической промышленностью?

2. Что такое схема замещения АД?

3. В каких энергетических режимах может работать АД?

4. Какими способами можно получить искусственные механические характеристики АД?

Литература: 1 ;2;4.



Тема 3.2 Пуск, торможение и реверс асинхронного двигателя 

переменного тока

Студент должен:

знать:

пусковые свойства АД;

основные точки пусковой диаграммы АД с фазным ротором;

способы торможения АД;

схемы включения для различного вида торможения и реверса

Проблемы пуска АД. Пусковая диаграмма для АД с фазным ротором. Расчет пусковых резисторов в цепи статора. Торможение АД противовключением. Динамическое и рекуперативное торможения АД. Реверс АД.

Методические указания

Включение добавочных резисторов R2д в цепь ротора  применяется как с целью регулирования тока и момента АД с фазным ротором, так и для регулирования его скорости. 

Задача по расчету резисторов в цепях статора и ротора обычно формулируется следующим образом: известны паспортные данные двигателя; требуется рассчитать сопротивление добавочных резисторов в цепях ротора или статора, при включении которых искусственные характеристики пройдут соответственно через точки с координатами ( и, Iи) или ( и, Ми). Расположение характеристик обычно задается по соображениям получения требуемых (допустимых) значений пусковых тока или момента АД. Торможение АД можно осуществить при питании его от сети переменного тока путем подключения цепи статора к источнику постоянного тока (динамическое торможение), а также при его самовозбуждении.

   При включении АД по основной схеме возможно торможение противовключением и рекуперативное торможение.



Вопросы для самоконтроля:

1. Какими способами осуществляется торможение АД в его основной схеме включения?

2. Что такое динамическое торможение АД?

3.Каким образом строиться пусковая диаграмма АД?

Что такое рекуперативное торможение АД?

Перечислите пусковые свойства АД.

Литература: 1 ;2;4.



Тема 3.3 Регулирование скорости асинхронного двигателя

переменного тока

Студент должен:

знать:

	способы регулирования скорости АД;

	механические характеристики АД при различных способах регу-лирования скорости;

	области использования и особенности работы однофазного АД;

	разновидности АД;

уметь:

	объяснять принцип экономичности АД;

	объяснять принцип получения различного числа пар полюсов многоскоростного АД;

	объяснять сущность импульсного способа регулирования координат ЭП с АД;

	объяснять работу линейного АД;

	выполнять расчет и составлять схему включения добавочных резисторов в цепь статора и ротора.

	

Регулирование скорости АД изменением сопротивления в цепи ротора, напряжения на статоре, частоты питающего напряжения, числа пар полюсов, включением резисторов и дросселей в цепь статора. Принцип регулирования экономичности АД. Импульсное регулирование координат ЭП.

Разновидности и области применения однофазных АД. Особенности применения линейных АД.

Методические указания

Частотный способ регулирования скорости широко используется для качественного регулирования в первую очередь скорости АД и широко применяется в настоящее время. Принцип его заключается в том, что изменяя частоту f питающего АД напряжения, можно изменять его скорость, получая различные искусственные характеристики. Этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне, а получаемые при этом характеристики обладают высокой жесткостью. Частотный способ к тому же отличается и еще одним весьма важным свойством: регулирование скорости АД в этом случае не сопровождается увеличением его скольжения, поэтому потери мощности оказываются небольшими.

Изменение числа полюсов АД достигается, когда на статоре АД располагаются две (или больше) не связанные друг с другом обмотки, имеющие разное число пар полюсов p1 и р2.

Один из распространенных способов регулирования скорости, тока и момента АД с фазным ротором связан с введением и изменением дополнительных резисторов в цепи его ротора.

В последние годы для регулирования координат АД широкое применение нашел импульсный способ. Сущность его заключается в периодическом (импульсном) изменении какого-либо параметра цепей АД или питающей сети. Применительно к АД чаще всего осуществляется импульсное изменение подводимого к АД напряжения или сопротивлений резисторов в цепях ротора или статора.



Вопросы для самоконтроля:

1. Какие достоинства и недостатки имеет способ регулирования координат АД с помощью резисторов?

2. Какие возможности по управлению АД обеспечивает регулирование напряжения на его статоре?

3. В чем состоит принцип регулирования экономичности АД?

4. Почему при частотном способе регулирования происходит также и изменение подводимого к АД напряжения?

5.Какие типы ПЧ вы знаете?

6. Поясните принцип получения различного числа пар полюсов многоскоростного АД.

7. В чем сущность импульсного способа регулирования координат ЭП с АД?

8. Каковы области использования однофазных АД?

9. В чем состоят основные особенности работы однофазного АД?

10. Назовите основные виды однофазных АД.

11. Что такое линейный АД и каковы рациональные области его применения?

Литература: 1 ;2;4.



Тема 3.4 Электропривод с синхронным двигателем переменного тока



Студент  должен

знать:

достоинства синхронного двигателя (СД);

схему включения, статические характеристики и режимы работы
СД; 

особенности пуска, регулирование скорости и торможение СД;

области применения и особенности работы ЭП с вентильным и шаговым двигателями.



Статические характеристики и режимы работы СД. Пуск, регулирование скорости и торможение СД. СД как компенсатор реактивной мощности. U-образные характеристики. ЭП с вентильным двигателем. Вентельно-индуктивный ЭП.

Методические указания

Один из эффективных способов компенсации реактивной мощности связан с использованием СД, который за счет регулирования тока возбуждения может осуществлять генерацию реактивной мощности в электрическую сеть. В этом случае СД работает с опережающим cosφ. Возможность работы СД в качестве компенсатора реактивной мощности иллюстрируют U-образные характеристики СД.

Синхронный двигатель может работать во всех основных энергетических режимах, а именно: двигательном и генераторном при параллельной и последовательной работе с сетью и независимо от сети. При этом режим генератора последовательно с сетью (торможение противовключением) используется редко из-за того, что перевод СД в этот режим сопровождается значительными бросками тока и требует применения сложных схем управления. Для осуществления торможения СД чаще используется генераторный режим при работе независимо от сети переменного тока (режим динамического торможения). Для реализации этого режима обмотка статора СД отключается от сети и замыкается на дополнительный резистор R1Д.

Вопросы для самоконтроля:

1. Какие достоинства присущи СД?

2. Что такое угловая характеристика СД?

3. В чем состоят особенности пуска СД?

4. Как включается обмотка возбуждения СД при пуске?

5. Как ограничиваются токи при пуске СД?

6. Что такое U-образные характеристики СД?

7. Как с помощью СД можно компенсировать реактивную мощность в питающей сети?

8. Каким образом происходит регулирование тока возбуждения СД?

9. В чем особенности переходных процессов в ЭП с СД?

10. Что такое вентильный двигатель?

11. Какие коммутаторы используются в ВД?

12. Поясните принцип действия шагового двигателя.

13. Какова схема управления ШД?

14. Назовите виды ШД и их особенности.

15. Назовите особенности вентильного ЭП с индукторным двигателем.

Литература: 1 ;2;4.



Раздел 4 ЭНЕРГЕТИКА ЭЛЕКТРОПРИВОДА 



Тема 4.1 Потери мощности и энергии в  электроприводе



Студент должен:

знать:

	энергетические показатели ЭП;

	потери мощности и энергии в переходных режимах ЭП;

	 пути повышения КПД ЭП.

Переходные режимы ЭП. Энергетические показатели ЭП. Потери энергии при пуске, реверсе и торможении ЭД. Влияние нагрузки на потери, коэффициент полезного действия и мощности ЭП. Способы снижения потерь энергии в ЭП в переходных режимах.

Методические указания

К основным энергетическим показателям работы электроприводов относятся потери мощности, энергии, КПД и коэффициент мощности (cos φ). В связи с появлением вентильного регулируемого электропривода при оценке энергетических показателей также используется так называемый коэффициент искажения, который определяет степень отличия переменных величин (тока и напряжения) от синусоидальной формы.

Энергетические показатели электропривода существенно зависят от режима его работы, характера изменения момента нагрузки и способов регулирования координат. Обычно определение энергетических показателей рассматривается отдельно для нерегулируемого и регулируемого электроприводов при их работе в установившемся и переходном режимах, что позволяет полнее учесть их особенности для отдельных типов электроприводов.

 В общем случае мощность потерь в нерегулируемом электроприводе складывается из мощности потерь в элементах электропривода, в том числе в двигателе и механической передаче от вала двигателя к исполнительному органу рабочей машины.

Потери мощности в механической передаче ∆Рмех определяются главным образом трением в движущихся частях и существенно зависят от передаваемого момента.

Под постоянными потерями подразумеваются потери мощности, не зависящие от токов двигателя и определяемые его нагрузкой. К ним относятся потери в стали, магнитопроводе, механические потери от трения в подшипниках и вентиляционные потери. Для СД, а также для ДПТ независимого возбуждения к постоянным потерям могут быть отнесены потери в обмотках возбуждения.

Строго говоря, постоянные потери в действительности не являются неизменными, а зависят от скорости двигателя, амплитуды и частоты питающего двигатель напряжения. Однако поскольку постоянные потери изменяются незначительно, они обычно принимаются неизменными и равными номинальным постоянным потерям.

Под переменными подразумеваются потери, выделяемые в меди обмоток двигателей при протекании по ним изменяющегося в общем случае тока нагрузки.



Вопросы для самоконтроля:

1. Назовите энергетические показатели ЭП.

2. Что входит в состав постоянных и переменных потерь мощности?

3. Как связаны между собой потери мощности и энергии?

4.  Почему расчет потерь мощности и энергии в якоре ДПТ и роторе АД может быть выполнен по одной формуле?

 5. Как упрощенно учитывается нагрузка ЭП при расчете потерь энергии в переходных процессах?

6.  Что дает применение задатчика интенсивности в системе П-Д с точки зрения снижения потерь энергии?

7. Что такое средневзвешенный КПД?

8. Каким образом можно повысить КПД ЭП?

Литература: 1 ;2;4.



Тема 4.2 Переходные процессы в электроприводе



Студент должен:

знать:

особенности переходных процессов в разомкнутой системе «преобразователь - двигатель»;

особенности переходных процессов в АД;

методы расчета переходного процесса;

уметь:

	рассчитывать время пуска и торможения ЭД;

	оценивать постоянную времени ЭД;

	использовать ЭВМ для расчета переходного процесса.

Переходные процессы в системе «преобразователь-двигатель» Особенности переходных процессов в АД и их нормирование.

Определение времени пуска и торможения ЭД. Уравнение   переходного  процесса. Постоянная времени. Методы расчета переходного процесса. Расчет переходного процесса с помощью ЭВМ. Способы снижения потерь электроэнергии в переходных процессах.

Методические указания

Эффективным средством формирования переходных процессов с заданным качеством является принцип подчиненного регулирования координат электропривода. Его сущность состоит в том, что для регулирования каждой координаты электропривода используется отдельный регулятор и соответствующая жесткая отрицательная обратная связь. Контуры регулирования координат образуют при этом концентрическую систему, в которой каждый внутренний контур управляется сигналом от внешнего контура, т. е. является подчиненным по отношению к нему. Такое построение позволяет произвести оптимальную настройку с заданным качеством каждого контура и одновременно подчинить работу всех внутренних контуров регулированию основной выходной координаты системы.

В общем случае настройка контуров и выбор параметров регуляторов координат производятся по техническому (модульному) или симметричному оптимуму. Такая настройка в электроприводе обеспечивает астатическое регулирование координат и высокое быстродействие при отработке возмущающих воздействий, но переходные процессы при скачкообразных изменениях управляющих воздействий происходят с большим перерегулированием, доходящим до 55 %.

В системах автоматизированного электропривода постоянного и переменного тока в общем случае осуществляется регулирование тока, момента, напряжения, ЭДС, магнитного потока, скорости и положения, как по техническому, так и по симметричному оптимумам. Здесь рассматриваются принципы построения и расчета электропривода по системе тиристорный преобразователь — ДПТ независимого возбуждения (ТП—ДПТ НВ), в котором осуществляется регулирование скорости по принципу подчиненного регулирования с настройкой контуров на технический оптимум.



Вопросы для самоконтроля:

1.  В чем цель и сущность формирования статических и динамических характеристик ЭП?

2. В чем основная особенность переходных процессов в асинхронном ЭП?

3. Какими путями достигается формирование переходных процессов в асинхронном ЭП?

4. В чем особенности переходных процессов в ЭП с СД?

Какие существуют способы снижения потерь энергии в переходных процессах ЭП?

Какие методы расчета переходного процесса существуют?

Литература: 1 ;2;4.



Тема 4.3 Выбор двигателя для электропривода



Студент должен:

знать:

требования к выбору ЭД;

классы нагревостойкости изоляции;

режимы работы ЭД по нагреву.

	Факторы,   определяющие систему электропривода. Выбор электродвигателя по роду тока, способу возбуждений, напряжению, степени защиты от влияния внешней среды и др. Уравнения нагревания и охлаждения. Классы нагревостойкости и изоляции. Длительный, повторно-кратковременный и кратковременный режим работы: нагрузочная диаграмма, выбор мощности электродвигателя. Проверка на перегрузочную способность.

Методические указания

Выбор электродвигателей для работы в системах автоматизированного электропривода представляет собой важную и сложную задачу. От того, насколько правильно она будет решена, зависят технико-экономические показатели работы системы рабочая машина – электропривод.

Основным требованием при выборе электродвигателя является соответствие его мощности условиям технологического процесса рабочей машины. Применение двигателя недостаточной мощности может привести к нарушению заданного цикла, снижению производительности рабочей машины. При недостаточной мощности двигателя будут иметь место также его повышенный нагрев, ускоренное старение изоляции и выход двигателя из строя, что вызовет прекращение работы машины и экономические потери.

Недопустимым является также использование двигателей завышенной мощности, так как при этом не только повышается первоначальная стоимость электропривода, но увеличиваются и потери энергии за счет снижения КПД двигателя, а для асинхронного электропривода, кроме того, снижается коэффициент мощности.

При выборе электродвигателя должно проверяться также его соответствие условиям пуска рабочей машины и возможных перегрузок.

Выбор электродвигателя производится обычно в следующей последовательности:

1)   расчет мощности и предварительный выбор двигателя;

2)   проверка выбранного двигателя по условиям пуска и перегрузки;

3)   проверка выбранного двигателя по нагреву.

Если выбранный в п. 1 двигатель удовлетворяет условиям проверки по пп. 2 и 3, то на этом выбор двигателя заканчивается. Если же выбранный двигатель не удовлетворяет условиям п. 2 или 3, то выбирается другой двигатель (как правило, большей мощности) и проверка повторяется.

Следует отметить, что проверка двигателя по нагреву выполняется не только при выборе вновь проектируемого электропривода, но и для работающих двигателей для определения их загрузки и теплового режима.



	Вопросы для самоконтроля:

1. В чем заключается задача выбора двигателя?

2.  На основании каких исходных данных производится расчет мощности двигателя?

3.  Что такое нагрузочная диаграмма двигателя?

4. В чем сущность проверки двигателя по перегрузке и условиям пуска?

5.  В чем сущность проверки двигателя по нагреву?

6.  На чем основывается прямой метод проверки двигателя по нагреву?

7. Что такое метод средних потерь?

8. В чем сущность методов эквивалентных величин?

9.  В каких основных режимах может работать двигатель и чем они характеризуются?

10. Каким образом производится проверка по нагреву силовых резисторов в цепях двигателей?

Литература: 1 ;2;4.

	

	

	

	

	

Раздел 5 СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА 



Тема 5.1. Разомкнутые системы электропривода



Студент  должен:

знать:

конструкцию, технические характеристики и принцип действия электроаппаратуры, применяемой для управления разомкнутой системой ЭП;

принципы тиристорного управления ЭП;

	

уметь:

практически различать элементы управления разомкнутой системы ЭП; 

собирать схемы управления разомкнутой системой ЭП.

Аппараты, работающие в силовых цепях ЭП. Пуск и торможение ЭД в функции различных параметров. Принцип тиристорного управления ЭП. Типовые узлы и схемы управления разомкнутой системой ЭП.

Методические указания

Электрическая схема автоматизированного электропривода содержит множество отдельных элементов, связанных между собой проводами, кабелями и шинами. При составлении и чтении электрических схем необходимо пользоваться ГОСТами. Несмотря на многообразие типов, элементы электрических схем (обмотки двигателей, катушки, контакты аппаратов и др.) имеют много общего, поэтому для их изображения на схемах необходимо относительно небольшое количество условных обозначений. Контакты аппаратов изображаются на схемах в обесточенном состоянии аппаратов, например контакты электромагнитных реле и контакторов — при обесточенной катушке, контакты кнопок — при отсутствии нажатия на кнопку и т.д. Контакты электрических аппаратов подразделяются на замыкающие и размыкающие. При включении аппарата, т.е. при прохождении тока по катушке, контакты меняют свое положение на противоположное.

Цепи в электрических схемах подразделяются на силовые и цепи управления. К силовым относятся цепи статоров, роторов и якорей электрических машин. На схемах силовые цепи изображаются утолщенными линиями, а цепи управления, в которые включаются катушки и контакты контакторов и реле, контакты путевых выключателей и кнопочных станций, элементы защиты и сигнализации, — тонкими линиями.

К разомкнутым относятся электрические схемы, в которых для управления ЭП не используются обратные связи по его координатам или технологическим параметрам приводимых в движение рабочей машины или производственного механизма. Эти схемы, отличаясь простотой своей реализации, широко применяется там, где не требуется высокое качество управления движением ЭП, например, для пуска, реверса и торможения двигателей.



Вопросы для самоконтроля:

1. Какие функции выполняют в основном разомкнутые схемы управления ЭП?

2. По каким принципам строятся разомкнутые схемы управления пуском, реверсом и торможением двигателей?

3. Перечислите и поясните действие аппаратов ручного управления.

4. Перечислите и опишите принцип действия аппаратов дистанционного управления.

5. Перечислите и поясните действие датчиков координат ЭП.

6. Какие виды защит используются в схемах управления ЭП?

7. С помощью каких аппаратов реализуются различные виды защит в ЭП?

8. Назовите типичные блокировки, применяемые в схемах управления ЭП.

9. Какие типовые операции по преобразованию электрических сигналов выполняют бесконтактные логические элементы?

10. Какие виды силовых резисторов применяются в схемах ЭП?

11. Какие виды тормозных устройств применяются в ЭП?

12. Поясните принцип действия электрогидравлического толкателя.

13. Проверьте свое понимание работы релейно-контакторных схем управления при наличии в них неисправностей (например, обрыв цепей катушек контакторов и реле, приваривание их контактов, перегорание предохранителей и др.)

Литература: 1 ;2;4.



	Тема 5.2. Замкнутые системы электропривода. Преобразовательные устройства

Студент должен:

иметь представление:

– о комплектных и интегрированных ЭП;

знать:

– преимущества замкнутых систем ЭП;

– назначение обратных связей в схеме управления замкнутой системой;

– принципы статического преобразования с помощью тиристоров:

уметь:

– проводить анализ схемы управления замкнутой системой ЭП;

– объяснять работу тиристорных преобразователей.

Достоинства замкнутой системы. Роль и виды обратных связей в системе электропривода. Главная обратная связь. Регулирование тока и момента. Тиристорные силовые преобразователи. Следящий электропривод. Микропроцессорные средства программного управления электродвигателем.

Комплектные и интегрированные ЭП.

Методические указания

Замкнутые структуры ЭП строятся по принципу компенсации внешних возмущений и принципу отклонения, называемому также принципом обратной связи.

Современные замкнутые системы управления ЭП реализуются, как правило, на основе полупроводниковых элементов и устройств, отличающихся при правильном их выборе и использовании широкими функциональными возможностями управления, автоматизации и диагностики, надежностью в эксплуатации, высоким КПД и относительно невысокой стоимостью. В то же время подключение элементов ЭП к источникам питания, некоторые виды защит и сигнализации осуществляются в этих системах с помощью рассмотренных выше электрических аппаратов с ручным и электромагнитным управлением.

Силовая часть замкнутых ЭП реализуется на основе того или иного преобразователя - выпрямителя, инвертора, преобразователя частоты, регулятора напряжения постоянного или переменного тока. В этих преобразователях используются диоды, тиристоры, транзисторы и различные модули (интегрированные устройства) на их основе.

Принципиальные электрические схемы служат основанием для разработки других конструкторских документов, например монтажных схем и чертежей, схем внешних соединений и т.п. По форме исполнения различают принципиальные электрические совмещенные (свернутые) и развернутые схемы. На совмещенных электрических схемах приборы и аппараты изображают в собранном виде, т.е. обозначение элементов, входящих в комплект аппарата (катушки, контакты), размещают внутри условного изображения прибора с маркировкой выходных зажимов согласно заводской инструкции или данным каталога. Совмещенные электрические принципиальные схемы применяют для изображения принципа действия сложных регулирующих устройств, информационных или вычислительных управляющих машин и др. При составлении принципиальных электрических схем в развернутом виде изображения приборов и аппаратов разъединяют на составные элементы, которые связывают друг с другом, в результате чего образуются отдельные электрические цепи. В целом схема состоит из ряда электрических цепей, расположенных горизонтально или вертикально. Желательно располагать электрические цепи в соответствии с последовательностью действий отдельных элементов во времени, так как в этих схемах используют развернутые изображения отдельных элементов аппаратов. При вычерчивании принципиальных электрических схем применяют условные графические изображения в соответствии с действующими стандартами.

Каждый элемент схемы должен иметь буквенно-цифровое обозначение. Все элементы одного и того же аппарата в принципиальной схеме обозначаются одинаково. Если таких аппаратов в схеме несколько, то после буквенного обозначения ставится цифра. Переключатели, которые не имеют отключенного состояния, изображают на схеме в одном из положений, принятом за исходное. Для обозначения положения контактов, ключей и переключателей управления, программных реле и других многопозиционных аппаратов и устройств используют специальные диаграммы, характеризующие состояние контактов при различных положениях аппаратов.

Вопросы для самоконтроля:

1. В каких случаях требуется создание замкнутых схем ЭП?

2. Какова структура силовой части большинства замкнутых ЭП?

3. Какие функциональные аналоговые элементы управления применяются в замкнутых ЭП?

4. Что такое операционный усилитель?

5. Какие функциональные преобразования и за счет чего может осуществлять операционный усилитель?

6. Какие функциональные цифровые элементы управления применяются в замкнутых ЭП?

7. Кратко охарактеризуйте наиболее распространенные цифровые узлы.

8. Что такое двоичный, восьмеричный и шестнадцатеричный цифровые коды?

9. Какие датчики координат применяются в замкнутых ЭП?

10. Что такое микропроцессор, микроЭВМ и микропроцессорная система?

11. Какой ЭП называется комплектным?

12. Приведите примеры комплектных ЭП и серийных замкнутых ЭП постоянного и переменного тока.

13. Какой ЭП называется следящим?

14. Как работает ЭП с программным управлением?

15. В чем особенности работы ЭП с ЧПУ?

16. Какое управление ЭП называется адаптивным?

Литература: 1 ;2;4.




3 Перечень лабораторных и практических работ



№

темы

Номер и наименование занятия

		1.2

1 Приведения статических моментов и моментов инерции к валу ЭД.

2.2

2 Изучение механических характеристик двигателя постоянного тока в различных режимах

2.2

3 Расчет и построение механических характеристик электродвигателей постоянного тока независимого возбуждения. Выбор резисторов

2.4

4 Расчет и построение пусковых диаграмм ДПТ. Выбор пусковых резисторов.

		

2.3

		5 Изучение регулировочных свойств электропривода с двигателем постоянного тока.

3.1

6 Исследование механической характеристики асинхронного электродвигателя в различных режимах.

3.2

7 Расчет и построение механических характеристик трехфазного асинхронного двигателя. Выбор резисторов.

3.3

8 Изучение регулировочных свойств асинхронного двигателя.

4.2

9 Расчет переходного процесса при прямолинейной совместной характеристике электродвигателя и механизма.

5.1

10 Изучение разомкнутой системы электропривода

5.2

11 Изучение замкнутой системы электропривода.









4 Задания для контрольной работы



	Контрольная работа – это отчет студента заочника о проделанной работе по изучению программы дисциплины «Электрический привод».

	Учебный материал состоит из пяти разделов. Студенту необходимо выполнить одну контрольную работу  в срок, установленный учебным планом.

 

Контрольная работа №1 включает в себя 4 задания. Номер  Вашего варианта совпадает с номером в учебном журнале.





Контрольная работа №1



Задание 1

	Для двигателя постоянного тока построить естественную и искусственную механические характеристики.

Данные для решения задачи, в соответствии с вариантом, приведены в таблице1.1.



Таблица 1.1 – Исходные данные для задания 1

Номер варианта

Возбуждение ДПТ

Мощность,

кВт

Частота вращения, об/мин

Номинальное напряжение, В

Номинальный К.П.Д,

%

Примечание (построение искусственной характеристики)

1

2

3

4

5

6

7

1

Независимое

0,37

600

110

75

Добавочное сопротивление-0,6 Ом

2

Последовательное

15

960

220

82

Добавочное сопротивление-0,4Ом

3

Независимое

200

960

440

85

Добавочное сопротивление-1,5 Ом

4

Смешанное

45

500

220

78

Добавочное сопротивление-1,3Ом

5

Независимое

10

1000

110

86

Напряжение понизилось на 40%

6

Последовательное

2,5

410

220

80

Напряжение понизилось на 50%

7

Независимое

315

1460

440

78

Напряжение понизилось на 60%

8

Смешанное

40

500

110

76

Напряжение понизилось на 30%

9

Независимое

500

1460

220

85

Напряжение понизилось на 60%

10

Последовательное

28

3000

220

85

Напряжение понизилось на 70%

11

Независимое

75

2500

220

82

Добавочное сопротивление-1,5 Ом

12

Смешанное

50

950

220

75

Добавочное сопротивление-2,5 Ом

13

Независимое

100

960

440

78

Добавочное сопротивление-3,5 Ом

14

Последовательное

75

750

220

82

Добавочное сопротивление-1,5 Ом

15

Независимое

600

1000

440

80

Добавочное сопротивление-5,5 Ом

16

Смешанное

9

3000

110

79

Добавочное сопротивление-0,5 Ом

17

Независимое

250

1450

220

85

Напряжение понизилось на 40%

18

Последовательное

90

1000

220

84

Напряжение понизилось на 50%

19

Независимое

80

950

220

80

Напряжение понизилось на 20%







Продолжение таблицы 1.1



1

2

3

4

5

6

7

20

Смешанное

65

980

220

78

Напряжение понизилось на 60%

21

Независимое

175

1300

440

86

Напряжение понизилось на 70%

22

Последовательное

32

600

220

84

Добавочное сопротивление-2,5 Ом

23

Независимое

10

750

220

84

Добавочное сопротивление-1,5 Ом

24

Смешанное

0,55

600

110

79

Добавочное сопротивление-0,5 Ом

25

Независимое

11

900

110

75

Добавочное сопротивление-1,5 Ом

26

Последовательное

0,75

600

110

85

Добавочное сопротивление-0,2 Ом

27

Независимое

95

750

220

86

Напряжение понизилось на 35%

28

Смешанное

36

900

220

80

Напряжение понизилось на 25%

29

Независимое

46

1450

220

86

Напряжение понизилось на 40%

30

Последовательное

350

1000

440

84

Напряжение понизилось на 50%

31

Независимое

55

960

220

83

Напряжение понизилось на 60%

32

Смешанное

26

750

220

80

Напряжение понизилось на 50%

	



Задание 2

	Построить естественную и искусственную механические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором типа МТН.

Данные для решения задачи, в соответствии с вариантом, приведены в таблице1.2.



         Таблица 1.2 – Исходные данные для задания 2



Номер варианта

Мощность на валу, кВт

Частота вращения, об/мин

Ток статора, А

Коэффициент мощности

К.п.д, %

Ток ротора, А

Напряжение между кольцами ротора, В

Максимальный момент, Нм

Маховый момент ротора, кгм2

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1

3,5

870

11,6

0,72

64

16,5

176

83

0,19

2

5,3

885

15,3

0,76

69

19

203

118

0,27

3

8,2

900

24,6

0,7

72

23

236

196

0,46

4

13

925

35

0,74

76

51

172

314

0,9

5

17,5

945

43

0,77

80

54

219

471

1,25

6

27

950

65

0,77

82

77

235

638

2

7

36

955

87

0,75

83,5

88

255

932

2,7

8

65

955

137

0,82

88

130

340

1630

4,1

9

85

940

175

0,86

86

204

270

2610

13,1



Продолжение таблицы 1.2



1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

10

112

950

225

0,86

88

207

366

3580

16,5

11

140

955

278

0,86

89

190

473

4660

20,4

12

9

675

26,1

0,74

70,5

26

245

265

1,1

13

3

895

10,5

0,67

65

13,2

176

83

0,19

14

4,5

910

13,9

0,71

69

15,6

203

118

0,27

15

7

920

22,5

0,64

73

19,5

236

196

0,46

16

11

940

31,5

0,69

78

42

172

314

0,9

17

15

950

38,5

0,73

81

46

219

471

1,25

18

22

960

55,5

0,73

82,5

60

235

638

2

19

30

965

76

0,71

84,5

73

255

932

2,7

20

55

960

120

0,79

88

105

340

1630

4,1

21

75

950

154

0,85

87

180

270

2610

13,1

22

95

960

193

0,85

88

176

366

3580

16,5

23

118

960

237

0,84

90

160

473

4660

20,4

24

7,5

690

23,4

0,68

71,5

21

245

265

1,1

25

2,5

920

9,8

0,6

65

10,8

176

83

0,19

26

3,6

930

12,6

0,64

68

12,2

203

118

0,27

27

5,6

940

21,5

0,56

72

14,7

236

196

0,46

28

9

955

28,5

0,63

76

34

172

314

0,9

29

12

960

34,5

0,66

80,5

36

219

471

1,25

30

18

965

50

0,67

82

49

235

638

2

31

25

970

69,5

0,65

84

61

255

932

2,7

32

44

970

99

0,76

89

86

340

1630

4,1

	Примечание: 1) С 1-ого варианта по 12-ый - продолжительность включения – 25%, с 13-ого по 24-ый – 40%, с 25-ого по 32-ой –60%.

	2) Добавочное сопротивление в цепи ротора для получения искусственной характеристики – 0,5 Ом для всех вариантов.

	

Задание 3

	Рассчитать и построить графики переходных процессов (пуск двигателя), если Мст=0,8*Мном., т.е. постоянная, момент инерции механизма равен моменту инерции ротора двигателя.

Данные для решения задачи, в соответствии с вариантом, приведены в таблице1.3.

         Таблица 1.3 – Исходные данные для задания 3.



Номер варианта

Мощность на валу, кВт

Частота вращения, об/мин

Ток статора, А

Коэффициент мощности

К.п.д, %

Ток ротора, А

Напряжение между кольцами ротора, В

Максимальный момент, Нм

Маховый момент ротора, кгм2

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10



11

940

31,5

0,69

78

42

172

314

0,9



15

950

38,5

0,73

81

46

219

471

1,25



22

960

55,5

0,73

82,5

60

235

638

2



30

965

76

0,71

84,5

73

255

932

2,7



55

960

120

0,79

88

105

340

1630

4,1



75

950

154

0,85

87

180

270

2610

13,1







Продолжение таблицы 1.3





95

960

193

0,85

88

176

366

3580

16,5



118

960

237

0,84

90

160

473

4660

20,4



7,5

690

23,4

0,68

71,5

21

245

265

1,1



2,5

920

9,8

0,6

65

10,8

176

83

0,19



3,6

930

12,6

0,64

68

12,2

203

118

0,27



5,6

940

21,5

0,56

72

14,7

236

196

0,46



9

955

28,5

0,63

76

34

172

314

0,9



12

960

34,5

0,66

80,5

36

219

471

1,25



18

965

50

0,67

82

49

235

638

2



25

970

69,5

0,65

84

61

255

932

2,7



44

970

99

0,76

89

86

340

1630

4,1



3,5

870

11,6

0,72

64

16,5

176

83

0,19



5,3

885

15,3

0,76

69

19

203

118

0,27



8,2

900

24,6

0,7

72

23

236

196

0,46



13

925

35

0,74

76

51

172

314

0,9



17,5

945

43

0,77

80

54

219

471

1,25



27

950

65

0,77

82

77

235

638

2



36

955

87

0,75

83,5

88

255

932

2,7



65

955

137

0,82

88

130

340

1630

4,1



85

940

175

0,86

86

204

270

2610

13,1



112

950

225

0,86

88

207

366

3580

16,5



140

955

278

0,86

89

190

473

4660

20,4



9

675

26,1

0,74

70,5

26

245

265

1,1



3

895

10,5

0,67

65

13,2

176

83

0,19



4,5

910

13,9

0,71

69

15,6

203

118

0,27



7

920

22,5

0,64

73

19,5

236

196

0,46

	

	

Задание 4



 Начертить типовую схему управления, согласно требованиям ЕСКД.

Для этой схемы выполнить следующее задание:

1  Дать описание ее работы. 

2 Описать виды и назначение, применяемых аппаратов управления.

3 Описать, варианты с 1-ого по 16-ый , для каких целей служит специальная защитная аппаратура , варианты с 17-ого по 32-ой, для каких целей служат блокировочные связи. 

4 Описать, для всех вариантов, назначение средств сигнализации, измерительных и регистрирующих приборов

Данные для выполнения задания, в соответствии с вариантом, приведены в таблице1.4 .



        Таблица 1.4 – Исходные данные для задания 4.



Номер варианта

Схема управления

1

2

1

Двигателя постоянного тока с независимым возбуждением в функции времени

2

Двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением в две ступени в функции ЭДС и динамического торможения в функции времени





Продолжение таблицы 1.4



1

2

3

Двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением в одну ступени в функции времени и динамического торможения в функции ЭДС

4

Двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением –пуск в функции времени и реверс 

5

Двигателя постоянного тока с независимым возбуждением, обеспечивающая пуск и динамическое торможение 

6

Двигателя постоянного тока с независимым возбуждением, обеспечивающая пуск и регулирование скорости ослаблением возбуждения

7

Двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением –пуск в функции времени и торможение противовключением в функции ЭДС

8

Короткозамкнутым АД с реверсивным магнитным пускателем

9

Короткозамкнутым АД с динамическим торможением

10

Двухскоростным АД

11

АД в одну ступень в функции времени и торможения противовключением в функции ЭДС

12

АД в одну ступень в функции тока и динамического торможения в функции скорости

13

Панели АД типа ПДУ 6220

14

Панели СД типа ПУ 7502

15

Возбуждением СД в функции скорости

16

Возбуждением СД в функции тока

17

Двигателя постоянного тока с независимым возбуждением в функции времени

18

Двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением в две ступени в функции ЭДС и динамического торможения в функции времени

19

Двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением в одну ступени в функции времени и динамического торможения в функции ЭДС

20

Двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением –пуск в функции времени и реверс 

21

Двигателя постоянного тока с независимым возбуждением, обеспечивающая пуск и динамическое торможение 

22

Двигателя постоянного тока с независимым возбуждением, обеспечивающая пуск и регулирование скорости ослаблением возбуждения

23

Двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением –пуск в функции времени и торможение противовключением в функции ЭДС

24

Короткозамкнутым АД с реверсивным магнитным пускателем

25

Короткозамкнутым АД с динамическим торможением

26

Двухскоростным АД

27

АД в одну ступень в функции времени и торможения противовключением в функции ЭДС

28

АД в одну ступень в функции тока и динамического торможения в функции скорости

29

Панели АД типа ПДУ 6220

30

Панели СД типа ПУ 7502

31

Возбуждением СД в функции скорости

32

Возбуждением СД в функции тока



	Экзаменационные вопросы

	Понятие об электроприводе и его назначение. 

	Значение электропривода в автоматизации  технологических процессов для повышения производительности труда. 

	Класификация электропривода. 

	Структура механической части электропривода, npимеры.

Уравнения движения элементов механической части, возможные виды. 

Расчётные схемы механической части электропривода. 

Приведение сил  и моментов инерции и масс к одному элементу (валу). 

Понятие активного и реактивного моментов нагрузки. 

Понятие о механических характеристиках электродвигателя  и исполнительного органа машины. 

Установившееся механическое движение, oпpeдeление статической устойчивости

	Неустановившееся движение при постоянных моментах электродвигателя и нагрузки. 

	Неустановившееся движение при линейных и произвольных механических характеристиках электродвигателя и нагрузки.

	Функции электропривода по управлению движением исполнительных органов рабочих машин и их автоматизации. 

	Понятие регулирования координат (переменных) электропривода. 

	Регулирование тока, момента, ускорения, скорости и положения. 

	Понятие автоматизированного электропривода, общие принципы построения разомкнутых и замкнутых электроприводов.

	Схема включения и режимы работы  электродвигателей постоянного тока. 

	Базовые и относительные величины. 

	Механические и скоростные характеристики двигателей постоянного тока независимого возбуждения в различных режимах работы. 

	Характеристики ДПТ при введении в цепь якоря сопротивления (реостата).

	Характеристики ДПТ при ослабленном магнитном потоке. 

	Характеристики ДПТ при питании якоря пониженным напряжением.

	Характеристики ДПТ при шунтировании обмотки якоря.

	Пуск и торможение ДПТ.

	Расчет регулировочных и пусковых резисторов ДПТ.

	Регулирование скорости электроприводов изменением магнитного потока и подводимого к якорю напряжения. 

	Статические и динамические характеристики электропривода в системе “преобразователь напряжения – двигатель”. 

	Характеристики электропривода в системе “источник тока – двигатель”. 

	Понятие импульснуго регулирования скорости электропривода.

	Схемы включения и режимы работы двигателей постоянного тока последовательного и смешанного возбуждения. 

	Регулирование скорости, пуск и торможение электродвигателей постоянного тока последовательного и смешанного возбуждения. Расчет резисторов в цепи якоря. 

	Схемы включения и режимы работы асинхронных трехфазных двигателей.

	 Перегрузочная способность. Ограничение пусковых токов. 

	Регулирование скорости асинхронных трехфазных двигателей с помощью резисторов.

	Регулирование скорости асинхронных трехфазных двигателей изменением величины и частоты подводимого напряжения.

	Регулирование скорости асинхронных трехфазных двигателей числом пар полюсов .

	 Пуск и торможение асинхронных трехфазных двигателей, расчет регулировочных, пусковых и тормозных резисторов. 

	Электропривод с однофазным асинхронным двигателем. 

	Особенности переходных процессов в электроприводах с асинхронными двигателями.

	Схемы включения, характеристики и режимы работы синхронных двигателей.

	Синхронный двигатель как компенсатор реактивной мощности системы электроснабжения. 

	U – образные характеристики синхронных двигателей. Перегрузочная способность. 

	Форсировка возбуждения. 

	Регулирование скорости, пуск и торможение синхронного двигателя. 

	Системы и характеристика электропривода с вентильным электродвигателем. 

	Понятие об электродвигателе с шаговым двигателем, схемы включения и особенности его работы. 

	Энергетические показатели работы электроприводов. 

	Потери энергии в установившемся режиме работы электропривода Постоянные и переменные потери. 

	Потери энергии при переходных режимах, пуске и торможении приводов с асинхронными двигателями, с короткозамкнутым и фазным ротором.

	Технико-экономическое обоснование при выборе типа электропривода. 

	Способы повышения энергетических показателей работы электропривода.

	Общие соображения по выбору электродвигателей. Нагрев и охлаждение двигателей. 

	Классификация режимов работы электродвигателей.

	Проверка двигателей, работающих в продолжительном режиме. Проверка двигателей, работающих в кратковременном режиме. Проверка двигателей, работающих в повторно-кратковременном режиме. 

	Особенности выбора двигателя по мощности для регулируемого привода.

	Аппараты защиты.

	Автоматические выключатели. 

	Контакторы и реле, станции управления постоянного и переменного тока, командные аппараты, кнопки и универсальные переключатели, путевые выключатели, муфты, тормозные электромагниты. 

	Выбор силовых резисторов и аппаратов управления.

	Принцип управления электроприводами .

	Выполнение электрических схем.

	Автоматическое управление ДПТ независимого , последовательного и смешанного возбуждений при пуске, реверсе и торможении при питании его от сети.

	Управление пуском ДПТ.

	Управление торможением и реверсом ДПТ. 

	Практические схемы управления ДПТ. 

	Принцип управления электроприводами переменного тока в функции времени, тока, скорости, с динамическим торможением и противовключения. 

	Стандартные панели и блоки управления, регулирование момента и скорости частотно – управляемых электроприводов с асинхронно – вентильным каскадом.

	Технические средства замкнутых схем управления электропривода.

	Аналоговые и дискретные элементы и устройства управления электропривода.

	Тиристорный электропривод постоянного тока.

	Регулируемый асинхронный привод.

	Основы современных систем автоматического управления. 

	Электроприводы насосов, компрессоров и вентиляторов. 

	Замкнутые схемы управления электропривода с ДПТ.

	Электроприводы подъемных кранов. 

	Системы управления крановыми электроприводами. 

	Замкнутые схемы управления электропривода с двигателями переменного тока.

	Комплектные и интегрированные электроприводы.

	Следящий электропривод.

	Электропривод с программным управлением.

	Электропривод с адаптивным управлением.

	Промышленные серии электроприводов. 

	

	

	Список литературы

	

Основной



    1. Москаленко В.В Электрический привод: Учеб, пособие для студ. образовательных учреждении сред. проф. образования. - М.: Мастерство: Высшая школа, 2000

	   2. Кацман М.М Электрические машины и электропривод автоматических устройств. - М/ Высшая школа, 1987.  

	  3. Кацман М.М. Руководство к лабораторным работам по электроприводу. - М.: Высшая школа, 1983.

	  4. Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод. - М.: Энергоатомиздат, 1986.

	 5. Васин В.М. Электрический привод. - М.: Высшая школа, 1989.

	

	

	Дополнительной

	

	Правила устройства электроустановок. - М.: Энергоатомиздат, 2003.

	Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода. М.:Энергоиздат, 1981.

	Справочник по автоматизированному электроприводу/ Под ред. В.А.Елисеева и А.В.Шинянского.- М.: Энергоатомиздат, 1983.

	

1



32