книги из ГПНТБ / Основы автоматизированного электропривода учеб. пособие

о с н о в ы

АВТОМАТИЗИРОВАННОГО

ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Допущено Министерством высшего и среднего спе* циальпого образования СССР в каце^^е ’учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по спе­ циальности «Электропривод и автоматизация про* мышлепных установок».

«Э Н Е Р Г И Я » М0|КВДл1974

6112.1.081

075 УДК 62-83(075.8)

Книга. выпущена к 70-летию Московского ордена Ленина энергетического института

Авторы: М. Г. Чиликин, М. М. Соколов, В. М. Терехов, А. В. Шинянский.

ЧИТАЛЬ -о * ЛА

Основы автоматизированного электропривода. 075 Учеб, пособие для вузов. М., «Энергия», 1974.

568 с. с нл.

На обороте титульного листа авт.: М. Г. Чплпкпи, М. М. Соколов, В. М. Терехов, А. В. Шнияпскнй.

Клнга представляет собой учебное пособие, в котором изло­ жены основные положения теории электропривода, установив­

указанной специальности, но и инженерно-техническому персо­

налу, работающему в области автоматизированного электропри­ вода.

Книга наппсана для студентов специальности 0628 «Электро­ привод и автоматизация промышленных установок» в соответствии

с программой курса «Теория электропривода».

6П2.1.081

© Издательство «Энергия», 1974 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Предлагаемая читателю книга представляет собой учебное пособие, написанное в соответствии с програм­ мой курса «Теория электропривода» для студентов спе­ циальности «Электропривод и автоматизация промыш­ ленных установок». В книге изложены все вопросы, содержащиеся в программе, однако авторы посчитали целесообразным в некоторых случаях изменить после­ довательность изложепия материала. Авторы полагают, что их поиск в этом направлении будет учтен при кор­ ректировании программ.

Развитие автоматизированного электропривода выдви­ гает все новые задачи в его теории и практическом приме­ нении. Интенсификация производственных процессов, свя­ занная с широким внедрением автоматизированных элек­ троприводов, требует тщательного анализа не только их установившихся режимов, но и переходных процессов. При этом приходится учитывать различные нелинейности, электромагнитные переходные процессы, упругие дефор­ мации механической .части электропривода и другие явления, наличию которых ранее не придавалось особого значения.

Одним из мощных рычагов в развитии автоматизи­ рованного электропривода является широкое применение

внем полупроводниковой техники. Ряд новых положений теории электропривода связан с применением полупро­ водниковых преобразователей для питания 'двигателей постоянного тока, с развитием частотных преобразова­ телей, питающих двигатели переменного тока, и т. п. Вновь выдвигаются для промышленного использования каскадные установки, в которых осуществляется преобра­ зование энергии скольжения с помощью управляемых вентилей.

Втеории автоматизированного электропривода совер­ шенно по-новому решается вопрос о переходных процессах

васинхронных и синхронных машинах с учетом электро­

3

магнитных переходных процессов, которые существенно влияют на точность остановки электропривода, потери энергии н т. д. Велика роль упругих деформаций, которые возникают при расчете и работе электроприводов многих механизмов в машиностроении, металлургии, буровой технике ит. п. Много задач приходится решать инженерам, работающим в области автоматизированного электропри­ вода, в связи с широким внедрением полупроводниковой техники в системы управления электроприводами.

Все указанные задачи авторы пытались изложить в дайной книге. При этом, конечно, был сохранен тот фундаментальный материал теории и практики автомати­ зированного электропривода, который был создан трудами многих ученых н инженеров. Несколько устаревшие теоретические положения и практические рекомендации ранее изданных работ в данной книге заменены более современными материалами, отвечающими уровню раз­ вития науки и техники.

Авторы считают своим приятным долгом поблагодарить своих коллег — сотрудников кафедры «Электрооборудо­ вание промышленных предприятий» Московского энерге­ тического института — за большую помощь в работе и полезные советы, высказанные при обсуждении руко­ писи книги.

Улучшению содержания настоящего учебного пособия несомненно содействовали критические замечания рецен­ зентов — профессоров А. В. Башарина и А. С. Филатова, которым авторы выражают свою искреннюю признатель­ ность.

Весьма большую работу с рукописью книги выполнил ее редактор канд. техн. наук JI. Б. Масанднлов. Он также принимал участие в подборе материалов для гл. 7, § 11-5 п написал § 9-5.

Авторы будут признательны читателям за отзывы и замечания по подержанию настоящего учебного пособия, которые следует направлять в издательство «Энергия» по адресу: 113114, Москва, Шлюзовая наб., 10.

Авторы

ВВЕДЕНИЕ

Развитие народного хозяйства нашей страны непосред­ ственно связано с электрификацией, значение которой отмечено во многих исторических документах Коммунисти­ ческой партии Советского Союза и советского прави­ тельства. Электрификация всех отраслей народного хозяй­ ства приводит к облегчению труда рабочих и колхозников, к уничтожению существенного различия между трудом умственным и трудом физическим и т. д.

В своей речи на III Всероссийском съезде Российского Коммунистического Союза Молодежи 2 октября 1920 г. В. И. Ленин сказал: «Мы знаем, что коммунистического общества нельзя построить, если не возродить промыш­ ленности и земледелия, причем надо возродить их не по-старому. Надо возродить их на современной, по послед­ нему слову науки построенной, основе. Вы знаете, что этой основой является электричество, что только когда про­ изойдет электрификация всей страны-, всех отраслей промышленности и земледелия, когда вы эту задачу освоите, только тогда вы для себя сможете построить коммунистическое общество, которого не сможет построить старое поколение» [В. И. Ленин. Поли. собр. соч., т. 41,

сгр. 307].

Выполняя предначертания В. И. Ленина, наша страна за годы советской власти заняла по производству электри­ ческой энергии первое место в Европе и второе место

вмире. Создана мощная электротехническая промыш­ ленность, которая в состоянии обеспечить первоклассным электрооборудованием и электротехническими материа­ лами все наше непрерывно развивающееся народное хозяйство.

Внастоящее время основным средством для приведения

вдвижение рабочих машин является электрический двигатель. Механическая энергия электрических двига­ телей широко используется во всех отраслях народного хозяйства: для привода металлорежущих станков, про­

5

катных стаиов; при добыче полезных ископаемых, транс­ портировке грузов и пассажиров; в системах водо- и воздухоснабжения; в сельском хозяйстве; испытательных уста­ новках и т. д.

Почти вся механическая энергия,, используемая в на­ родном хозяйстве, производится с помощью электромеха­

ствляет преобразование электрической энергии в ме­ ханическую (возможен и обратный процесс) и обеспе­ чивает электрическое управление преобразованной энер­ гией в соответствии с ' технологическими требованиями к режимам работы рабочего органа РО производственного механизма.

В электроприводе применяются различные двигатели, отличающиеся по исполнению-, принципу действия, роду тока и т. п. Примеры используемых электродвигателей показаны на рис. В-2.

В простейшем варианте электропривод представляет собой двигатель, питаемый от сети и приводящий в дви­ жение с неизменной скоростью какой-либо механизм. При этом система управления может сводиться к обычпому

6

рубильнику пли пакетному выключателю, включающему двигатель в сеть.

В- современных электроприводах широко использу­ ется питание двигателя от сети через дополнительное преобразовательное устройство. Оно преобразует, напри­ мер, трехфазное напряжение промышленной сети в по­ стоянное напряжение или в напряжение также трех-

Рпс. В-2. Примеры двигателей, применяемых в электро­ приводах.

фазное, но другой величины, другой частоты. Примеры

В зависимости от способа передачи механической энергии от двигателей к рабочим органампроизводст­ венных машин электроприводы делятся на три основных типа: групповой, одиночный и многодвигательный привод.

Групповым называется привод, в котором один дви­ гатель приводит в движение с помощью трансмиссий или

7

передач группу рабочих машин или группу рабочих органов одной машины. Кинематическая цепь рабочих машин в таком приводе очень часто .оказывается сложной ■и громоздкой, а сам электропривод — неэкономичным. Групповой привод в настоящее время используется редко.

jupucmop/ibiu.

преобра.зовате/!ь

Рис. В-3. Примеры преобразователей, применяемых в электроприводах.

Одиночным называется привод, в котором двигатель приводит в движение только один рабочий орган машины.

Внастоящее время — это основной вид привода. По срав­ нению с групповым одиночный привод позволяет сущест­ венно упростить кинематическую цепь рабочей машины.

Вряде случаев двигатель конструктивно встроен в меха­ низм так, что образует с рабочим органом единое целое. Примерами электрифицированных рабочих органов могут

8

служить электродрель, электроталь, электрошпиндель, электрический челнок в ткацкой машине и т. п.

Многодвигательным называется привод, в котором рабочие органы одной машины приводятся в движение несколькими двигателями. Данное понятие объединяет в себе два типа приводов.

I тип — это совокупность одиночных приводов одной производственной машины, объединенных ее общим техно­ логическим назначением. Например, в металлорежущих станках необходимое для обработки детали движение по разным координатам обеспечивается одиночными при­ водами. ' Их взаимосвязь и согласованность в работе определяются технологическим процессом обработки. В со­ вокупности эти приводы можно назвать многодвигательиым приводом станка. Аналогично многодвигательный привод экскаватора объединяет три одиночных привода механизмов напора или тяги, подъема и поворота. Сле­ дует заметить, что как станок, так и экскаватор, кроме указанных выше, имеют и другие электроприводы: насо­ сов смазки и охлаждающей жидкости, вентиляторов, компрессора и т. п. Эти приводы не участвуют в создании рабочих движений машины, поэтому не включаются в понятие ее многодвигательного привода и рассматри­ ваются как вспомогательные электроприводы.

II тип многодвигательного привода характеризуется тем, что один и тот же рабочий орган • машины приво­ дится в движение несколькими двигателями. Необходи-' мость применения вместо одного нескольких двигателей на одном рабочем органе возникает часто по конструктив­ ным соображениям. Это позволяет в ряде случаев снизить усилия в рабочем органе, распределить пх в механизме более равномерно н симметрично, избежать перекосов и т. п. Так, многодвигательный привод длинного цепного конвейера по сравнению с однодвнгательным характери­ зуется более равномерной загрузкой н меньшим натяже­ нием тянущего органа — цепи. Для механизма поворота мощных'экскаваторов применяется привод с двумя и более двигателями.

Система управления — неотъемлемая часть электро­ привода, обеспечивающая необходимые ему статические и динамические свойства. По исполнению система управ­ ления представляет собой совокупность функционально связанных между собой электромагнитных, электромеха­ нических, полупроводниковых и подобных нм элементов.

9