Шпаргалка по "Теории электропривода"

В режиме генератора изменяется направление электромагнитного  момента, т.е. он становится тормозным, под действием чего происходит быстрое снижение скорости вращения. Одновременно изменяется фаза тока в обмотке статора, что приводит к изменению направления передачи электрической энергии. В режиме генератора происходит возврат энергии в сеть.

На рис. 2.25 представлены механические характеристики при генераторном торможении за счет опускания груза (а) и понижении частоты источника питания (б).

Рис. 2.25

 

Пусть двигатель с заданной нагрузкой на валу работал в точке А (рис. 2.25 а). Если под действием опускаемого груза ротор начнет вращаться быстрее магнитного поля и рабочая точка попадает в точку В, то n_в > n₀, машина будет развивать тормозной момент и частота вращения снизится до величины меньшей n₀. Одно из достоинств генераторного торможения у асинхронных машин заключается в том, что переход в режим генератора происходит автоматически, как только ротор начинает вращаться быстрее магнитного поля. Это защищает асинхронные двигатели от аварийной ситуации, которая может наступить у двигателей постоянного тока. Асинхронные двигатели не могут пойти в разнос. Максимальная частота вращения ротора ограничивается частотой вращения магнитного поля.

Пусть двигатель работает с заданной нагрузкой на валу в точке А характеристики 1 (рис. 2.25 б). При снижении частоты источника питания рабочая точка должна перейти в точку C характеристики 2. Но если n_А окажется больше новой пониженной частоты вращения магнитного поля n₀₂, то машина из точки А переходит в точку В, работая на участке В – n₀₂ в режиме генератора. За счет этого происходит быстрое снижение частоты вращения. На участке n₀₂ – С машина работает в режиме двигателя, но происходит дальнейшее уменьшение частоты вращения ротора, пока вращающий момент не станет равным моменту нагрузки (т.С). Новое состояние равновесия с заданной нагрузкой наступает в точке С. Генераторное торможение является самым экономичным режимом, т.к. происходит преобразование механической энергии в электрическую и возврат энергии в сеть. Одним из достоинств этого тормозного режима является его самопроизвольное появление, т.е. не требуется никакая контролирующая аппаратура.

Динамическое  торможение

Этот тормозной режим  используется для точной остановки  мощных двигателей. На время торможения обмотка статора отключается от сети переменного напряжения и подключается и источнику с постоянным напряжением. При этом обмотка статора будет создавать постоянное неподвижное магнитное поле. При вращении ротора относительно этого магнитного поля изменяется направление ЭДС и тока ротора, что приведет к изменению направления электромагнитного момента, т.е. он станет тормозным. Под действием этого момента происходит торможение. Изменяя величину подведенного к обмотке статора напряжения, можно регулировать время торможения. Основным достоинством этого тормозного режима является точная остановка. Постоянное напряжение можно подводить к обмотке статора только на время торможения. После остановки двигатель нужно отключить от сети постоянного тока.

На рис. 2.26 показаны схемы  включения асинхронного двигателя  и механические характеристики при динамическом торможении.

Пусть двигатель работает с нагрузкой в точке А. При  подаче на обмотку статора постоянного  напряжения рабочая точка перейдет из точки А в точку В тормозной характеристики 2.

Рис. 2.26

 

Под действием тормозного электромагнитного момента будет  происходить снижение частоты вращения до полной остановки (точка 0).

Основные недостатки динамического торможения: необходим  источник постоянного тока и неэкономичность.

Торможение  противовключением

Этот тормозной режим  возникает при реверсе двигателя, а также широко используется для  быстрой остановки двигателя.

На рис. 2.27 представлены механические характеристики асинхронного двигателя при торможении противовключении для прямого (1) и обратного (2) порядка чередования фаз.

Пусть двигатель с  нагрузкой на валу работал в точке  А. Для торможения двигателя нужно изменить порядок чередования фаз, т.е. переключить две фазы. При этом рабочая точка перейдет в точку В (рис. 2.27). На участке ВС машина работает в режиме электромагнитного тормоза, развивая тормозной момент, под действием которого происходит быстрое снижение скорости до нуля. В точке С двигатель нужно отключить от сети, иначе произойдет реверс.

Рис. 2.27

 

Достоинством этого  тормозного режима является быстрое торможение, т.к. тормозной момент действует на всем тормозном пути. Недостатки: большие токи и потери в обмотках при торможении, необходима аппаратура, контролирующая скорость вращения и отключающая двигатель от сети при его остановке. Если в приводе механизма двигатель часто работает в режиме реверса, приходится завышать его мощность из-за больших потерь мощности.

13. Тормозные режимы синхронных  двигателей.

Для торможения обычно применяется  режим динамического торможения, при котором обмотки статора  отключаются от сети и замыкаются на резисторы. Механические характеристики в этом случае подобны характеристикам асинхронного двигателя при динамическом торможении (см. вопрос 12).

Принципиальная схема включения  синхронного двигателя при динамическом торможении приведена на рисунке.

 

Торможение синхронных двигателей противовключением практически  не применяется, так как оно сопровождается большими бросками тока и ведет к усложнению управления ввиду необходимости отключения двигателя при подходе к нулевой скорости.

Синхронный двигатель  может работать и в режиме генератора параллельно с сетью (рекуперативное торможение), в этом случае электромагнитный момент будет иметь отрицательное значение. Этому режиму отвечает левая ветвь угловой характеристики, угловая скорость вращения при этом не изменяется (равна синхронной).

14. Классификация автоматизированных  электроприводов (АЭП).

Электроприводы, используемые в различных технологических установках, разнообразны по схемному и конструктивному исполнению, что связано с большим разнообразием рабочих машин. Классификация электроприводов по отдельным признакам дана в таблице 1.

Таблица 1. Классификация  автоматизированных электроприводов 

Классификационный признак	Классификационные градации
По виду движения электродвигателя	Вращательного движения Линейный Многокоординатного движения
По способу соединения двигателя с рабочим органом	Редукторный Безредукторный Конструктивно-интегрированный
По регулируемости	Нерегулируемый Многоскоростной Регулируемый
По степени автоматизации	С ручным управлением С полуавтоматическим управлением С замкнутой САР скорости с  ручным заданием С замкнутой САР положения,  обеспечивающей точное позиционирование С программным управлением Следящий
По числу электродвигателей	Однодвигательный  Многодвигательный
По числу рабочих  органов	Индивидуальный Групповой

 

Классификация по виду движения. Наибольшее, а до недавнего времени исключительное применение получили электроприводы вращательного движения. Однако в последнее время значительное внимание уделяется линейным двигателям. В тех механизмах, где рабочий орган совершает поступательное или  возвратно-поступательное движение применение линейных двигателей конструктивно гораздо удобнее, чем использование специальных кинематических пар: винт-гайка, шарико-винтовые передачи, кривошипно-шатунный механизм и др. Из-за низких энергетических и массогабаритных показателей линейные электродвигатели не находили применения. Создание новых эффективных конструкций линейных двигателей с питанием их от полупроводниковых преобразователей частоты открывает новые возможности использования линейных электроприводов для ряда производственных машин, в первую очередь, для металлорежущих станков.

Многокоординатные электроприводы на основе специальных шаговых электродвигателей являются отечественной разработкой и находят применение в высокоточных робототехнических установках, сборочных автоматах и для других целей.

Под регулируемостью  понимается возможность изменения  или точного поддержания скорости, ускорения или момента (усилия) приводного электродвигателя.

Исторически сложилось, что большинство существующих электроприводов выполнено на базе короткозамкнутых асинхронных электродвигателей, не допускающих в стандартной схеме их питания регулирования скорости или момента. Модификацией односкоростных асинхронных электродвигателей являются двух и трехскоростные двигатели. Электроприводы с многоскоростными двигателями дают возможность получать две или три фиксированные рабочие скорости, но не могут обеспечить плавного регулирования скорости в заданном диапазоне. К подобным по управляемости можно также отнести электроприводы с реостатно-контакторным управлением. Такие приводы не дают возможности регулировать момент и ускорение электропривода и формировать требуемый характер изменения скорости во времени. Поэтому электропривод с многоскоростными электродвигателями и с контакторным управлением не может рассматриваться как регулируемый.

Понятие регулируемый электропривод  включает в себя следующее:

-        установка по заданию любой скорости в пределах заданного диапазона;

-        стабилизация установленного значения скорости с заданной точностью при возмущающих воздействиях, например, изменении нагрузки на валу двигателя;

-        регулирование момента, развиваемого двигателем в двигательном и тормозном режимах, и ускорения (замедления) привода;

-        формирование требуемого характера изменения скорости во времени ω=f(t) с заданной точностью.

Современной тенденцией является все более широкое использование регулируемых электроприводов.

В зависимости от диапазона  регулирования скорости, регулируемые электроприводы разделяются на:

-        регулируемые приводы с ограниченным диапазоном регулирования (не более 2:1);

-        регулируемые приводы общего назначения с диапазоном регулирования не выше 100:1;

-        широкорегулируемые электроприводы (диапазон регулирования скорости порядка 1000:1);

-        высокоточные электроприводы (диапазон регулирования 10000:1);

-        прецизионные электроприводы (диапазон регулирования 30000:1 и выше).

Величина диапазона регулирования определяет точность регулирования и быстродействие электропривода.

Классификация электроприводов по степени автоматизации включает в себя электроприводы с системами  управления, различающимися по их функциональным возможностям и сложности. Наиболее простые системы с ручным управлением характерны для нерегулируемых электроприводов. Такие электроприводы имеют систему управления на основе релейно-контакторной аппаратуры, выполняющей функции пуска, останова, защиты и блокировки.

Электроприводы с полуавтоматическим управлением подразумевают управление электроприводом оператором с помощью командо-контроллера, кнопок управления и других аппаратов. Система управления содержит элементы автоматического управления и регулирования, обеспечивающие автоматическое изменение параметров электропривода (например, переключение ступеней сопротивления пускового реостата в функции тока или времени) в соответствии с командами оператора. Такие системы характерны, например, для электропривода грузоподъемных кранов.

Для регулируемого электропривода, как правило, используются замкнутые САР по току и скорости. В этом случае управление может осуществляться оператором, как это производится, например, машинистами экскаваторов, реверсивных прокатных станов и других машин. Задание на скорость может также определяться системой технологической автоматики (например, бумагоделательные машины, дозаторы и другие машины). Следующей разновидностью являются позиционные электроприводы, которые обеспечивают точную остановку рабочего органа механизма в заданном положении. Системы управления такими электроприводами содержат замкнутый контур положения, действующий постоянно или при входе рабочего органа в зону точной остановки.

Если задающее воздействие на параметры  движения рабочего органа задается программными средствами, то такие электроприводы составляют класс электроприводов с числовым программным управлением (ЧПУ). Приводы с ЧПУ содержат замкнутые контуры регулирования по скорости и положению.

Если положение рабочего органа должно изменяться в соответствии с заданием, характер которого заранее неизвестен, то функцией электропривода в этом случае является слежение и отработка этого задания с необходимой точностью. Такой электропривод называется следящим.

Одним из определяющих вопросов при проектировании электромеханических комплексов является выбор системы автоматизированного электропривода. Прежде всего, нужно решить вопрос: следует ли применять регулируемый электропривод или можно обойтись более простым - нерегулируемым.

В последние годы регулируемый электропривод активно вытесняет нерегулируемый.

Регулируемый электропривод является, особенно в перспективе, определяющим видом автоматизированного электропривода.

К настоящему времени определился  круг систем регулируемого электропривода, которые получили наибольшее распространение и будут использоваться в ближайшие десятилетия:

 

-        короткозамкнутый асинхронный двигатель с питанием от полупроводникового преобразователя частоты - ПЧ-АД;

-        вентильный двигатель (бесщеточный двигатель постоянного тока с полупроводниковым коммутатором) на базе синхронной машины - ВД;