Теория электропривода 1 часть

11

1.2.8Основи автоматичного керування ЕП

Загальні положення. Схеми електричні структурні, функціональні, принципові та інші. Зображення й позначення елементів схем. Держстандарти та ЕСКД.

Розімкнені системи автоматичного керування. Автоматичне керування пуском двигунів у функціях швидкості, струму та часу. Принципи автоматичного керування гальмуванням електроприводів.

Замкнені системи автоматичного керування, принципи побудови їх. Загальні уявлення про автоматизовані системи керування швидкістю ЕП. Поняття про програмні системи керування швидкістю ЕП.

Типові системи керування ЕП на базі АД з короткозамкненим та фазним роторами, СД, ДПС НЗ та ДПС ПЗ.

1.3 Методичні вказівки до вивчення теоретичного курсу

1.3.1Теорія електропривода

При вивченні розділу механіки електропривода необхідно розділити питання теоретичної та прикладної механіки, які вивчались у відповідних курсах раніше і без яких неможливе засвоєння цього розділу. Це – дія сил і моментів, диференційні рівняння руху, багатомасові системи, особливості та властивості механічних елементів електропривода, механічні характеристики виконавчих органів та електродвигунів.

При вивченні усталеного й неусталеного рухів звернути увагу на режими роботи електропривода, знаки динамічних зусиль та моментів.

При розгляді механічних характеристик виконавчих органів і електродвигунів важливо з'ясувати відповідність механічних характеристик вибраного електродвигуна характеристикам вибраного механі-

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

12

зма. Усвідомити, що на відміну від механічних характеристик, які використовуються для аналізу роботи електродвигуна спільно з виконавчим механізмом, електромеханічні характеристики дозволяють визначити завантаження електродвигуна струмом, хоча обидві згадані характеристики взаємопов'язані так, як пов'язаний момент електродвигуна зі струмом.

При вивченні механічних характеристик електродвигунів постійного струму незалежного збудження слід звернути увагу на такі питання:

-фізична суть математичного виразу характеристики;

-умови, що забезпечують лінійність характеристик;

-фактори, які змінюють вид характеристик (жорсткість, значення швидкості ідеального неробочого ходу, значення момента короткого замкнення);

-вид й математичний вираз характеристик у двигуневому та гальмівному режимах роботи електродвигуна.

При вивченні механічних характеристик електродвигуна постійного струму послідовного збудження слід усвідомити причини, що заважають одержати точний аналітичний вираз характеристик; фактори, що визначають нелінійність характеристик; особливості гальмівних режимів та реверсу.

При вивченні механічних характеристик електродвигуна постійного струму мішаного збудження слід виходити з того, що властивості цього двигуна визначаються особливостями його обмоток незалежного та послідовного збуджень й співвідношенням м.р.с. цих обмоток.

Механічні характеристики асинхронних електродвигунів мають особливості, які полягають у тому, що момент асинхронного двигуна

єскладною функцією ковзання. Методологія вивчення цього питання, у відповідності з формулою Клосса, полягає у тому, що складну криву механічної характеристики поділяють на дві ділянки, які можна досить легко описати математично та вкласти в це вельми значну фізичну суть. Окрім цього, треба розуміти сенс усіх характерних точок кривої. Як і для електродвигунів постійного струму, слід усвідомити фізичні процеси гальмівних режимів асинхронного двигуна, порівняти переваги й вади всіх способів електричного гальмування.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

13

При вивченні розділу регулювання координат електропривода слід усвідомити суть основних координат електропривода і їх взаємозв'язок, показники й параметри регулювання стосовно систем Г–Д (генератор – двигун), ТП–Д (тиристорний перетворювач – двигун), ПЧ–Д (перетворювач частоти – асинхронний двигун).

Вивчити основні показники регулювання швидкості. Розгляд конкретних способів регулювання швидкості конкретних типів електродвигунів слід пов'язувати з раніш розглянутими характеристиками, що допоможе не тільки з'ясувати фізичні процеси, що протікають при регулюванні швидкості, але й провести кількісне і якісне оцінювання показників регулювання.

Необхідно також порівняти способи регулювання швидкості електродвигунів постійного струму та асинхронних, визначити переваги, та недоліки основних способів регулювання швидкості за усіма показниками регулювання.

При розгляді перехідних процесів у електроприводах слід звернути увагу на причину їх виникнення, умови, що визначають швидкість протікання процесів, і на фактори, від яких залежить характер перехідних режимів. З'ясувати, в яких випадках можна з достатньою для практики точністю знехтувати тим, або іншим видом інерційності. На конкретних схемах пуску та гальмування вивчити фізичні процеси перехідних режимів електродвигунів постійного струму й асинхронних двигунів.

При вивченні питань вибору потужності електродвигунів звернути увагу, що в більшості випадків вибір електродвигуна здійснюється за нагрівом з подальшою перевіркою за перевантажувальною здатністю. Крім того, с пі вставляючи тривалий, короткочасний і по- вторно-короткочасний режими роботи, визначитись з необхідним методом розрахунку потужності, а також з'ясувати, що тепловий режим електродвигуна необов'язково повинен відповідати усталеній температурі нагрівання, яка не перевершує допустиму температуру для даного класу ізоляції. Звернути увагу на вплив частоти вмикань електродвигуна на його тепловий режим, та вплив на тепловий режим електродвигуна закономірностей зміни навантаження при його роботі.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

14

1.3.2Основи автоматичного керування

З'ясувати загальні положення автоматичного керування електроприводами: безперервне та дискретне керування, розімкнені та замкнені системи керування, програмне керування.

При вивченні систем дискретного керування необхідно звернути увагу нате, що при такому керуванні забезпечення заданих параметрів системи здійснюється при будь-якій зміні збурних дій. При чому, в першу чергу, слід звернути увагу на принципи керування пуском і гальмуванням електродвигунів у функції струму, швидкості, часу; здійснити їх порівняльний аналіз, переконатись у перевагах керування в функції часу. Ознайомитись з типовими схемами дискретного керування електроприводами. При цьому вивчити державні стандарти на схеми електричні, Держстандарт України ДСТУ 3008-95, ЄСКД.

Вивчення систем безперервного керування слід починати зі з'я- сування особливостей безперервного, імпульсного і релейного керування, та відмінності розімкнених систем керування від замкнених. На прикладі однієї із схем автоматичного регулювання швидкості розглянути функціональні залежності проміж окремими елементами систем автоматичного регулювання (САР), суть зворотних зв'язків. Вивчити призначення жорстких і гнучких, додатних і від'ємних електричних і механічних зворотних зв'язків, розглянути передаточні коефіцієнти.

Ознайомитись зі стежним електроприводом, основами програмного керування.

1.4 Зауваження до роботи з літературними джерелами

На жаль, в останні роки суттєво зменшились видання фахових підручників та іншої навчальної літератури з теорії електропривода. Обмаль такої літератури і на українській мові, тому до переліку посилань, розміщених у кінці методичних вказівок, увійшли головним чином джерела минулих років видання.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

15

При виборі підручника з теорії електропривода слід звертати увагу на його призначення та спеціалізацію. Підбирати підручники треба у першу чергу ті, що розраховані на студентів електромеханіків спеціальностей: електричні машини та апарати, електромеханічні системи автоматизації та електропривод, електропривод і автоматизація промислових установок. Найбільш відповідають наведеній вище програмі курсу підручники та навчальні посібники для студентівелектроприводників.

Оскільки в курсі ТЕП багато матеріалу, безпосередньо пов'язаного з загальним курсом електричних машин, то до списку літературних джерел внесені підручники з електричних машин.

Наприкінці методичних вказівок наведений перелік посилань, який складений з урахуванням бібліотечного фонду університету та фонду кафедри електропривода і автоматизації промислових установок.

Для вивчення програми курсу слід користуватись, у першу чергу, літературою [1, 2, 3], а також [4, 5, 6. 10, 12, 13], а для підготовки выдповыдей з контрольних робіт (крім вище зазначеної літератури) – [7, 9, 10, 11, 14, 15, 16].

Крім того, наприкінці майже кожної з рекомендованих книг наведений список літератури за темою матеріалу книги, у якому додатково можна відшукати літературу з будь-якого конкретного запитання

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

16

2 ПРИБЛИЗНИЙ ПЕРЕЛІК ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ, ЗМІСТ Й КОРОТКІ МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ЇХ ВИКОНАННЯ

2.1 Перелік робіт

Нижченаведений перелік має приблизний склад лабораторних робіт з теорії електропривода, передбачений програмою курсу. У міру того, як удосконалюється лабораторний практикум кафедри, наведений список лабораторних робіт може коректуватися. Крім назви роботи у цьому списку є її номер (шифр), під яким вона зазначена в кафедральних методичних посібниках.

2.1.1Дослідження характеристик, режимів роботи й способів регулювання швидкості електродвигунів постійного струму незалежного збудження (Робота №1).

2.1.2Дослідження характеристик, режимів роботи й способів регулювання швидкості електродвигунів постійного струму послідовного збудження (Робота №2).

2.1.3Дослідження характеристик, режимів роботи й способів регулювання швидкості асинхронних електродвигунів з фазним ротором (Робота №3).

2.1.4Дослідження процесу нагріву електродвигунів (Робота

№4).

2.1.5Дослідження процесів пуску та регулювання швидкості багатошвидкісного асинхронного електродвигуна (Робота №5).

2.1.6Дослідження способів керування реверсом асинхронного електродвигуна (Робота №6).

2.1.7Дослідження процесів пуску й гальмування асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором (Робота №7).

2.1.8Дослідження перехідних процесів електродвигуна постійного струму незалежного збудження в системі Г–Д (Робота №8).

2.1.9Вивчення системи керування асинхронним крановим електроприводом (Робота №9).

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

17

2.2 Короткі методичні вказівки з підготовки до виконання лабораторних робіт з ТЕП

Наведений список має перелік лабораторних робіт за двома циклами лабораторного практикуму:

1-й цикл, виконання робіт з основ електропривода, складається з чотирьох лабораторних робіт (пункти 2.1.1 – 2.1.4);

2-й цикл, виконання робіт з автоматичного керування електроприводами, складається з п'яти лабораторних робіт (пункти 2.1.5 – 2.1.9).

До виконання лабораторних робіт у лабораторії теорії електропривода кафедри ЕПА студент-заочник повинен підготуватися заздалегідь, для чого слід:

-вивчити правила з охорони праці при виконанні робіт у електротехнічних лабораторіях з робочою напругою до 1000 В промислової частоти і з механічним обертальним обладнанням;

-вивчити заходи протипожежної безпеки в лабораторних приміщеннях кафедри ЕПА;

-опрацювати правила користування вимірювальними приладами, пристроями та іншою апаратурою при проведенні досліджень;

-ознайомитись з будовою та принципом дії електричних машин, силових елементів та елементів керування систем електроприводів на лабораторних стендах;

-ознайомитися з метою та коротким змістом кожної лабораторної роботи.

Для підготовки до виконання лабораторних робіт слід користуватися літературою [3,13,15].

2.3 Короткий зміст робіт

2.3.1 У роботі №1 вивчити властивості двигуна постійного струму незалежного збудження в двигуневому та гальмівних (рекуперативному, протиувімкнення й електродинамічному) режимах. Вивчити способи регулювання швидкості зміною опору в якірному колі, посла-

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

18

бленням магнітного поля збудження та зменшенням величини напруги, що живить обмотку якоря.

Зняти, побудувати й проаналізувати електромеханічні ω=f(I) або механічні ω=f(М) статичні характеристики:

-природну;

-реостатну (у двигуневому режимі);

-при рекуперативному гальмуванні;

-при гальмуванні протиувімкненням;

-при електродинамічному гальмуванні;

-при двозонному регулюванні швидкості двигуна в системі Г–Д (тобто регулювання швидкості до основної зміною ЕРС генератора, а вище основної - зміною струму збудження двигуна).

2.3.2 У роботі №2 вивчити властивості електродвигуна постійного струму послідовного збудження в двигуневому та гальмівних (протиувімкненням і електродинамічному) режимах. Вивчити способи регулювання швидкості електродвигунів постійного струму послідовного збудження.

Зняти, побудувати й проаналізувати електромеханічні ω=f(I) або механічні ω=f(М) статичні характеристики:

-реостатні (у двигуневому режимі):

-при гальмуванні протиувімкненням;

-при шунтуванні кола якоря;

-при електродинамічному гальмуванні;

-при шунтуванні обмотки збудження.

2.3.3У роботі №3 вивчити властивості асинхронного електродвигуна з фазним ротором у двигуневому, генераторному й гальмівному (протиувімкненням) режимах. Вивчити спосіб регулювання швидкості зміною активного опору в колі ротора.

Зняти, побудувати й проаналізувати механічні ω=f(М) статичні характеристики:

- природну (у двигуневому режимі); - при рекуперативному гальмуванні (у генераторному режимі); - при гальмуванні протиувімкненням; - реостатні.

2.3.4У роботі №4 вивчити методи визначення теплових параметрів обмотки статора асинхронного електродвигуна, визначити уста-

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

19

лену температуру нагрівання та сталу часу нагріву.

2.3.5У роботі №5 ознайомитися з будовою та особливостями пуску й гальмування багатошвидкісних асинхронних електродвигунів. Вивчити спосіб регулювання швидкості зміною числа пар полюсів обмотки статора. Ознайомитися зі схемами керування при такому способі регулювання швидкості.

2.3.6У роботі №6 ознайомитися з особливостями реверсування асинхронного електродвигуна й вивчити схеми керування реверсом електродвигуна в функціях часу та шляху.

2.3.7У роботі №7 вивчити процеси пуску та гальмування асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором. Вивчити особливості гальмівних режимів при реактивному й активному статичних моментах. Зняти й проаналізувати характеристику залежності часу гальмування від величини струму статора.

2.3.8У роботі №8 вивчити фізичні процеси й властивості системи Г–Д у перехідних режимах. Експериментально дослідити динамічні характеристики системи, дати висновки про якість перехідних процесів.

2.3.9У роботі №9 вивчити схему керування асинхронним крановим електродвигуном; будову, принцип дії та функції магнітного контролера, контакторів, реле часу, реле напруги, пускового (регулівного) реостата та інше.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

20

3 ЗАВДАННЯ НА КОНТРОЛЬНУ РОБОТУ

3.1 Вступні зауваження

Вивчення дисципліни Теорія електропривода студентамизаочниками здійснюється протягом двох навчальних семестрів, причому, для закріплення теоретичного курсу й лабораторного практикуму, заплановано виконання однієї контрольної роботи кожного семестру.

Перша контрольна робота з характеристик та режимів роботи електроприводів передбачає обов'язкові аналітичні або графічні розрахунки. У контрольній роботі наступного семестру є питання, по в'я- зані з вивченням схемо-технічних систем автоматизованого електропривода.

При оформленні контрольних робіт керуватися діючими стандартами (у першу чергу Держстандартом України ДСТУ 3008-95 [15]) з виконання текстових документів й графічного матеріала, СТП [16]. У розрахунковій частині застосувати Міжнародну систему одиниць (СІ). Як виняток, допускається контрольну роботу виконувати не на папері формату А4, наприклад, в учнівському зошиті.

Відповіді на запитання повинні бути чіткими, лаконічними і повними, у відповідності до програми курсу, наведеної у розділі 1 вказівок.

Вихідні дані до контрольних робіт наведені у таблицях 3.1 та 3.13. Кожний варіант складається з двох запитань. Студент вибирає ці запитання з таблиці 3.1 (для контрольної роботи №1) або з таблиці 3.13 (для контрольної роботи №2) у відповідності до номера варіанта (вказаного викладачем) – по горизонтальним рядкам таблиці і у відповідності до поточного навчального року, в якому виконується контрольна робота, – по заголовку відповідної колонки в головці таблиці, де наведений перелік навчальних років. Наприклад, студент одержав від викладача завдання на виконання контрольної роботи №1 за варіантом 11, а робота виконується у 2014-2015 навчальному році, отже з таблиці 3.1 випливає, що студент отримав до виконання запитання 3.2.44 та 3.3.21 (перетин рядка 11 з колонкою поточного навчального року).

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com