[ МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Московский государственный агроинженерный университет
имени В.П. Горячкина
Н.Е. Кабдин
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД
Методические рекомендации
по изучению дисциплины и выполнению курсовой работы
Москва 2002
2 УДК 62 – 83 Рецензент:
доктор технических наук, заведующий кафедрой Московского государственного агроинженерного университета им. В.П. Горячкина Судник Ю.А.
Составитель: Кабдин Н.Е.
Автоматизированный электропривод. Методические рекомендации по изучению дисциплины и выполнению курсовой работы. Составлены в соответствии с программой дисциплины «Автоматизированный электропривод» для студентов факультета заочного образования, обучающихся по специальности 030500. «Профессиональное обучение (агроинженерия)». М.: МГАУ, 2002 – 40 с.
В методических рекомендациях изложена программа дисциплины, представлен список рекомендуемой литературы и 117 вариантов индивидуальных заданий по курсовой работе, а также методические указания по её выполнению. Для самостоятельной оценки уровня знаний по каждому разделу предложены контрольные вопросы.
© Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина, Введение Электрический привод является основным потребителем электрической энергии в сельскохозяйственном производстве. Развитие электропривода на современном этапе имеет ряд особенностей, заключающихся в расширении области применения регулируемого электропривода, в интенсивном повышении технологических требований к динамическим и точностным показателям работы электропривода, в расширении и усложнении его функций, усложнении систем управления, создании унифицированных комплектных электроприводов путем использования современной микроэлектроники и компьютерной техники. В этих условиях инженер-педагог (электрик) должен знать и уметь использовать электрические машины, основы электроники, электрические аппараты, измерительную и компьютерную технику, владеть математическими методами теоретической механики и теории автоматического управления.
В результате изучения дисциплины студент должен приобрести знания по основам теории, методам расчета и выбора электропривода, принципам автоматического регулирования координат (скорости, тока, момента, положения и др.) электропривода, системам автоматического управления электроприводами сельскохозяйственного производства с учетом особенностей конкретных рабочих машин и агрегатов.
Дисциплина «Автоматизированный электропривод» состоит из трех разделов: раздел 1 – “Основы теории электропривода”, раздел 2 – “Системы автоматического управления электроприводами”, раздел 3 – “Электропривод в сельскохозяйственном производстве”.
В первом разделе рассматриваются свойства механического звена электропривода, методы его анализа, вопросы формирования законов движения, электромеханические свойства электродвигателей, переходные процессы в электроприводах, способы регулирования координат, методы расчета мощности и выбор электродвигателей, энергетические показатели.
Во втором разделе рассматриваются общие принципы построения систем управления электроприводами, разомкнутые и замкнутые системы автоматического управления, электроприводы со специальными свойствами и характеристиками, общая методика выбора электропривода.
В третьем разделе рассматривается автоматизированный электропривод конкретных рабочих машин, установок и поточных линий сельскохозяйственного назначения.
Методические рекомендации по изучению дисциплины Изучение дисциплины базируется на сочетании основных видов обучения:
самостоятельной работы студентов в межсессионный период, лекций, лабораторных и практических занятий, консультаций в период сессий.
В качестве главной методической рекомендации следует считать необходимость акцентирования внимания, наряду с математическими выкладками, на понимании физического смысла проводимого анализа на всех его этапах – при постановке задачи, при записи её исходного математического описания и при оценке полученных результатов. При этом необходимо обращать внимание на изучение общих физических закономерностей электропривода, взаимодействия элементов электромеханической системы, характера динамических процессов, особенностей управления электроприводами сельскохозяйственных машин, установок и поточных линий. Важным вопросом является обучение студентов практическим навыкам расчета статических характеристик, переходных процессов, выбора мощности электродвигателей и преобразователей, расчета энергетических показателей работы электропривода.
В качестве основных учебников по дисциплине рекомендуется использовать [1…5]. Для студентов, желающих изучить вопросы теории электропривода более полно и углубленно, следует использовать литературу [6…11].
Для оценки степени усвоения и глубины проработки материала изучаемой дисциплины в конце каждого раздела приведены контрольные вопросы.
Рекомендуемая литература Основная 1.Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода. М.: Энергоиздат, 1981.
2.Основы автоматизированного электропривода /Чиликин М.Г., Соколов М.М., Терехов В.М., Шинянский А.В./. М.: «Энергия», 1974.
3.Ключев В.И. Теория электропривода. М.: Энергоатомиздат, 1985.
4.Москаленко В.В. Электрический привод. М.: Мастерство, 2000.
5.Фоменков А.П. Электропривод сельскохозяйственных машин, агрегатов и поточных линий. М.: «Колос», 1984.
6.Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами.
Л.: Энергоиздат, 1982.
7.Гайдукевич В.И., Титов В.С. Случайные нагрузки силовых электроприводов.
М.:Энергоиздат, 1983.
9.Мусин А.М. Электропривод сельскохозяйственных машин и агрегатов. М.: Агропромиздат, 10.Мэрфи Дж. Тиристорное управление двигателями переменного тока. М.:
«Энергия», 1979.
11.Кабдин Н.Е. Основы теории электропривода. М.: МГАУ, 1997.
Понятие «Электропривод». Состояние и перспективы развития электропривода в сельскохозяйственном производстве. Классификация электроприводов.
Предмет, задачи и структура курса.
1.Значение автоматизированного электропривода в сельскохозяйственном производстве, его преимущества перед другими видами приводов.
2.Дайте определение понятия «Автоматизированный электропривод» (АЭП) и приведите его структурную схему.
3.Назовите функции, выполняемые электроприводом.
4.Назовите основные признаки, по которым принято классифицировать автоматизированные электроприводы.
Общие сведения. Типовые статические нагрузки электропривода. Механические характеристики электродвигателей и основных сельскохозяйственных машин и механизмов. Установившееся движение электропривода. Статическая устойчивость.
Расчетные схемы механической части электропривода. Приведенное механическое звено. Уравнение движения электропривода и его анализ.
1.Назовите основные категории моментов сопротивления статической нагрузки и поясните различие между ними.
2.Дайте определение механической характеристики электродвигателя и рабочей машины. Назовите их основные категории.
3.Что такое жесткость механической характеристики и как её определить?
4.Как определить параметры установившегося движения электропривода?
5.Что понимается под статической устойчивостью электропривода?
6.Исходя из каких условий производится приведение моментов сопротивления и инерции к валу электродвигателя в системе "электродвигатель - рабочая машина"? Напишите формулы приведения.
7.Как изменится приведенный к валу двигателя момент сопротивления, если уменьшить передаточное число редуктора?
8.Как изменится приведенный к валу двигателя момент инерции, если увеличить передаточное число редуктора?
9.Напишите уравнение движения электропривода с постоянным моментом инерции и проведите его анализ.
10.На какие свойства электропривода влияет величина приведенного момента инерции?
1.2. Электромеханические свойства двигателей Область применения электродвигателей постоянного (ДПТ) и переменного тока, их преимущества и недостатки.
Электромеханические свойства двигателей постоянного и переменного тока, уравнения их механических и электромеханических характеристик. Естественные и искусственные характеристики, их расчет и построение. Способы пуска электродвигателей. Тормозные режимы работы электродвигателей. Основные показатели регулирования скорости электропривода. Основные способы регулирования скорости электродвигателей постоянного и переменного тока.
1.Дайте определение электромеханической характеристики электродвигателя.
2.Дайте определение естественной и искусственной механических характеристик электродвигателей.
3.Напишите основные соотношения между параметрами ДПТ независимого возбуждения, которые необходимы для вывода уравнений электромеханической и механической характеристик. Сделайте анализ полученных уравнений.
4.Назовите основные режимы работы ДПТ независимого возбуждения 5.В каких квадрантах координатной плоскости, M изображаются механические характеристики ДПТ независимого возбуждения, соответствующие основным режимам работы? Изобразите их.
6.Какие причины и как влияют на модуль жесткости механических характеристик ДПТ независимого возбуждения?
7.Начертите механические характеристики ДПТ независимого возбуждения при уменьшении магнитного потока, величины приложенного к якорю напряжения?
8.Какими физическими причинами объясняется различие в форме естественных механических характеристик ДПТ при независимом и последовательном возбуждении?
9.Почему для ДПТ последовательного возбуждения невозможен режим генераторного торможения?
10.Как построить естественную механическую характеристику ДПТ последовательного возбуждения?
11.Каковы основные способы пуска ДПТ? Как производят расчет пускового реостата?
12. Каковы условия самовозбуждения ДПТ последовательного возбуждения в режиме динамического торможения?
13.Назовите основные способы регулирования скорости ДПТ, отметьте их достоинства и недостатки.
14.Начертите схему замещения асинхронного электродвигателя (АД) и назовите основные допущения, принятые при выводе уравнений электромеханической и механической характеристик.
15. Начертите электромеханическую характеристику АД и назовите ее характерные точки.
16.Начертите механическую характеристику АД и назовите ее характерные точки.
17.Назовите основные способы построения естественной механической характеристики АД.
18.В каких диапазонах изменяется скольжение АД в двигательном режиме, в режиме генераторного и динамического торможения, в режиме торможения противовключением?
19.Что такое перегрузочная способность АД, какова ее зависимость от величины напряжения питающей сети?
20.Как изменится форма механической характеристики АД при увеличении активного сопротивления: а) в цепи роторе; б) в цепи статора; в) при уменьшении напряжения питающей сети?
21.Как осуществить режим динамического торможения АД? Основные схемы включения статорных обмоток.
22.Как изменится форма механической характеристики АД в режиме динамического торможения при увеличении активного сопротивления: а) в цепи ротора; б) в цепи статора?
23.Каким образом распределяется энергия при работе электродвигателя в режимах торможения (генераторном, динамическом и противовключением)?
24.Каковы достоинства и недостатки способа пуска АД непосредственным включением в сеть?
25.Перечислите способы уменьшения пускового тока АД с короткозамкнутым ротором. Каков их общий недостаток?
26.Дайте оценку способу регулирования угловой скорости ДПТ изменением сопротивления в цепи якоря. Приведите схемы включения и механические характеристики.
27.Дайте оценку способу регулирования угловой скорости ДЛТ изменением потока возбуждения. Приведите схемы включения и соответствующие электромеханические и механические характеристики.
28.Дайте оценку способу регулирования угловой скорости ДПТ изменением подводимого к якорю напряжения. Приведите основные cxeмы включения и механические характеристики.
29.Перечислите основные способы регулирования скорости АД.
30.Механические характеристики, преимущества и недостатки при регулировании угловой скорости АД с фазным ротором: а) введением резисторов в цепь ротора;
б) изменением питающего напряжения.
31.В чем заключается принцип регулирования скорости АД путем изменения числа пар полюсов? Приведите наиболее часто встречаемые на практике схемы переключения статорной обмотки и получаемые при этом механические характеристики.
32.Напишите уравнение основного закона изменения напряжения при частотном регулировании скорости АД (формула Костенко). Проведите его анализ при постоянном и вентиляторном моментах нагрузки.
1.3. Переходные процессы в электроприводе Общие сведения. Причины возникновения переходных процессов. Виды переходных процессов в электроприводе.
Механические переходные процессы в электроприводе с постоянным динамическим моментом, с динамическим моментом линейно и нелинейно зависящим от скорости. Электромеханические переходные процессы в электроприводе с учетом электромагнитной инерции двигателя.
Энергетические показатели работы электропривода в переходных режимах.
1.Каковы внешние и внутренние причины, вызывающие переходные процессы в электроприводе?
2.В чем заключается принципиальное различие между механическими и электромеханическими переходными процессами?
3.Что такое электромеханическая постоянная времени, ее физический смысл и способы определения?
4.Что такое электромагнитная постоянная, ее физический смысл?
5.Как изменится величина электромеханической постоянной при увеличении: а) модуля жесткости механической характеристики; б) момента инерции; в) дополнительного сопротивления в цепи якоря?
6.Начертите кривые изменения скорости, момента и тока переходного процесса при пуске электропривода с линейными механическими характеристиками электродвигателя и рабочей машины.
7.В чем заключается сущность метода площадей, используемого для определения времени протекания переходных процессов?
8.Как повлияет на продолжительность пуска электропривода увеличение передаточного числа редуктора?
9.Как повлияет на продолжительность пуска асинхронного электропривода снижение напряжения питающей сети?
10.Как определить потери энергии при пуске, генераторном и динамическом торможении, торможении противовключением?
11.В чем заключается разница между статической и динамической механической характеристиками электродвигателя?
12.Назовите способы уменьшения потерь энергии в электроприводах в переходных режимах.
13.Как повлияет на величину потерь энергии при пуске снижение напряжения питающей сети?
14.В каком соотношении находятся потери энергии при пуске двухскоростного АД до максимальной скорости в одну ступень и в две ступени?
1.4. Выбор электродвигателей по мощности Общие сведения. Нагрев и охлаждение электродвигателей. Номинальные режимы работы двигателей. Нагрузочные диаграммы электропривода.
Выбор двигателей по мощности при продолжительном, кратковременном, повторно-кратковременном и перемежающемся режимах работы. Проверка электродвигателей по механическим свойствам (по пуску и перегрузочной способности).
1.Чем определяется допустимый нагрев электродвигателя?
2.Назовите основные допущения, принимаемые при выводе уравнений нагрева и охлаждения электродвигателя.
3.Напишите уравнение теплового баланса для работающего электродвигателя.
4.Что такое коэффициент ухудшения условий охлаждения, его физический смысл?
5.Что такое постоянная времени нагрева, ее физический смысл и способы определения?
6.Чем объясняется, что у самовентилируемых электродвигателей постоянная времени нагрева значительно меньше постоянной времени охлаждения?
7.Как изменится постоянная времени нагрева электродвигателя при увеличении нагрузки на валу?
8.Как влияет температура окружающей среды на допустимую нагрузку электродвигателя?
9.Напишите в общем виде уравнения нагрева и охлаждения электродвигателя.
10.Какие номинальные режимы работы электроприводов предусмотрены ГОСТ 183-74?
11.Что представляют собой нагрузочная диаграмма рабочей машины и нагрузочная диаграмма электродвигателя? В чем их различие?
12.Назовите методы выбора электродвигателей по мощности при продолжительном режиме работы с переменной нагрузкой.
13.В чем состоит метод эквивалентных величин при выборе электродвигателя по мощности? В каких случаях этот метод неприменим?
14.Что такое коэффициенты термической и механической перегрузки?
15.Как выбирают по мощности электродвигатель, предназначенный для продолжительного режима (S1), при его работе в кратковременном режиме (S2)?
16.Что такое ПВ и ПН?
17.Как выбирают по мощности электродвигатель, предназначенный для продолжи тельного режима (S1), при его работе в повторно-кратковременном режиме (S3)?
18.Как выбирают по мощности электродвигатель, предназначенный для повторнократковременного режима (S3), при его работе в данном режиме?
19.Как изменится допустимое число включений в час АД с короткозамкнутым ротором при увеличении нагрузки на валу?
20.Как проверить выбранный по нагреву АД по возможности запуска и на статическую устойчивость работы с учетом возможного снижения напряжения питающей сети?
Раздел 2. Системы автоматического управления Общие сведения. Понятие о регулировании координат электропривода. Общие принципы построения систем управления электроприводами. Разомкнутые и замкнутые системы автоматического управления. Обратные связи по скорости, току, напряжению и т.д. Аналоговые и дискретные элементы и устройства управления электроприводами. Микропроцессорные средства управления электроприводами.
1.Что в теории электропривода понимается под координатами электропривода?
2.Что означает регулирование координат электропривода?
3.Назовите основные показателя, характеризующие способы регулирования угловой скорости электропривода.
4.В чем заключается необходимость регулирования момента (тока) электродвигателя?
5.В каких случаях возникает необходимость регулирования положения электропривода?
6.Какие системы управления электроприводами называются неавтоматизированными и автоматизированными?
7.Назовите основные принципы построения замкнутых систем регулируемого электропривода.
8.В чем заключается различие между разомкнутыми и замкнутыми системами управления электроприводами?
9.Какие виды обратных связей вам известны?
10.Какие аналоговые элементы применяются в замкнутых системах управления электроприводами.
11.Какие дискретные элементы применяются в замкнутых системах управления электроприводами.
12.Что такое микропроцессор, микроЭВМ и микропроцессорная система управления.
2.2. Разомкнутые системы автоматического управления Принципы автоматического управления пуском и торможением электродвигателей в разомкнутых контактно-релейных системах. Типовые узлы контактнорелейных схем управления пуском и торможением электродвигателей постоянного и переменного тока. Типовые схемы разомкнутых систем управления электроприводами постоянного и переменного тока.
1.Назовите основные типы аппаратуры, используемой в системах управления электроприводами. Каковы их графические и буквенные обозначения на схемах?
2.Для какой цели в системах управления электроприводами применяют автоматические выключателя, тепловые реле, магнитные пускатели? Как производится их выбор?
3.Основные требования, предъявляемые к схемам автоматического управления электроприводами.
4.Назовите принципы автоматического управления пуском и торможением электродвигателей (ЭД) в разомкнутых релейно-контактных системах.
5.Начертите принципиальную схему управления нереверсивным и реверсивным электроприводом с асинхронным короткозамкнутым электродвигателем с использованием магнитных пускателей.
6.Составьте и объясните принципиальную схему автоматического управления пуском ДПТ с двумя ступенями пускового реостата в функции ЭДС.
7.Каково назначение блокировочного реле, используемого в схемах автоматического управления пуском ЭД в функции тока?
8.Составьте и объясните принципиальную схему автоматического управления пуском АД с тремя ступеням пускового реостата в функции времени с использованием пневматических реле времени.
9.Составьте и объясните принципиальную схему автоматического управления пуском АД с фазным ротором с двумя ступенями пускового реостата в функции времени с использованием электромагнитных реле времени.
10.Объясните устройство, принцип работы реле контроля скорости (PKС) и составьте схему автоматического управления торможением противовключением асинхронного короткозамкнутого двигателя.
11.Дайте сравнительный анализ схем автоматического управления пуском и торможением ЭД в функции тока, времени и скорости.
2.3. Замкнутые системы автоматического управления Регулирование скорости двигателей постоянного тока в системах: управляемый преобразователь-двигатель (УП-Д), импульсный регулятор напряжения двигатель (ИРН-Д). Регулирование скорости асинхронного электродвигателя в системах: тиристорный регулятор напряжения - двигатель (ТРН-АД), преобразователь частоты - двигатель (ПЧ-АД). Каскадные схемы регулирования скорости асинхронного электропривода. Следящий электропривод. Электропривод с программным управлением. Электропривод с адаптивным управлением.
1.Какой тип управляемых преобразователей имеет наибольшее применение в регулируемом электроприводе постоянного тока? Приведите функциональную cxeму регулируемого электропривода постоянного тока в системе УП-Д.
2.Начертите основные схемы нереверсивного и реверсивного электропривода постоянного тока с трехфазными тиристорными преобразователями и соответствующие механические характеристики.
3.Начертите структурные схемы замкнутой системы УП-Д: а) с отрицательной обратной связью по скорости; б) отрицательной обратной связью по напряжению;
в) с положительной обратной связью по току якоря и соответствующие механические характеристики. Дайте сравнительную оценку данных систем.
4.Начертите функциональные схемы и механические характеристики регулируемого асинхронного электропривода в разомкнутой и замкнутой системах «тиристорный регулятор напряжения – двигатель».
5.Какие основные типы статических преобразователей частоты вам известны?
Приведите их функциональные схемы и дайте сравнительную оценку.
6.Какой электропривод называется следящим?
7.Начертите структурные схемы следящего привода релейного и непрерывного действия и проведите их сравнительный анализ.
8.Что такое электропривод с программным управлением? Основные его виды.
2.4. Электроприводы со специальными свойствами и характеристиками Электропривод с линейными электродвигателями. Электропривод с шаговым (ШД) и вентильным (ВД) электродвигателями.
1.Что такое линейный АД и каковы перспективы его использования в сельском хозяйстве?
2.Поясните принцип действия шагового электродвигателя, виды ШД.
3.Что такое вентильный электродвигатель? Какие коммутаторы используются в ВД?
4.Назовите особенности вентильного электропривода с индукторным двигателем.
Особенности выбора электропривода сельскохозяйственных рабочих машин.
Выбор электропривода: по роду тока и уровню напряжения, по конструктивному исполнению и способу монтажа, по степени защищенности от воздействия окружающей среды, по частоте вращения и способу регулирования координат, по мощности из условий допустимого нагрева, обеспечения пуска, статической и динамической устойчивости электропривода.
1.Факторы, влияющие на выбор электродвигателей, работающих в сельскохозяйственном производстве.
2.Дайте сравнительную оценку электроприводов постоянного и переменного тока с точки зрения использования в условиях сельского хозяйства.
3.Каковы особенности выбора двигателей для регулируемого электропривода?
4.В каких случаях возникает необходимость использования асинхронных короткозамкнутых электродвигателей напряжением 660/380 В?
Раздел 3. Электропривод в сельскохозяйственном производстве 3.1. Общие вопросы автоматизированного электропривода в сельскохозяйственном производстве Характерные особенности работы электропривода в условиях сельскохозяйственного производства. Приводные характеристики сельскохозяйственных машин и методы их экспериментального определения.
Проверка обеспечения пуска и устойчивой работы асинхронного электропривода при питании от источника соизмеримой мощности.
1.Каковы характерные особенности работы электропривода при выполнении сельскохозяйственных технологических процессов?
2.Дайте определение приводным характеристикам рабочих машин.
3.Какие требования предъявляют приводные характеристики рабочих машин к электродвигателям?
4.Какие применяются методы экспериментального определения приводных характеристик рабочих машин?
5.В чем состоит методика проверки обеспечения пуска и устойчивой работы электроприводы при питании от источника соизмеримой мощности?
3.2. Электропривод и автоматизация насосных и Приводные характеристики и режимы работы насосов и вентиляторов. Выбор типа и расчет мощности их электропривода. Принципы регулирования подачи насосов и вентиляторов.
Электропривод и автоматизация водоснабжающих установок башенного и безбашенного типа, установок орошения. Особенности работы, типовые схемы и комплекты электрооборудования.
Электропривод и автоматизация вентиляционно-отопительных установок производственных с.-х. помещений. Особенности работы, типовые схемы и комплекты электрооборудования.
1.Каковы особенности приводных характеристик и режимов работы насосов и вентиляторов и их требования к электродвигателю?
2.По каким параметрам выбираются тип и мощность электроприводов насосов и вентиляторов?
3.В функции каких параметров и как регулируется подача насосов и вентиляторов?
4.Проанализируйте работу основных принципиальных схем управления приводами насосов и вентиляторов.
5. Какие величины влияют на максимальное число включений в час электропривода насосных установок и как оно влияет на установленную мощность электродвигателя?
Приводные характеристики и особенности пуска центрифуг. Выбор типа и расчет мощности их электропривода.
Схемы электроприводов центрифуг (с центробежной муфтой скольжения, высокочастотный, многоскоростной и др.).
1.Какие особенности приводных характеристик и режимов работы центрифуг и их требования к электродвигателю?
2.По каким параметрам выбирается тип и мощность электродвигателя для центрифуг? | 3.В чем заключается особенность электропривода центрифуг?
4. Какой принцип действия устройств, облегчающих пуск электродвигателей центрифуг?
3.4. Электропривод кормоприготовительных и Приводные характеристики и особенности работы кормоприготовительных машин (измельчители, дробилки, смесители и др.). Выбор типа и расчет мощности их электропривода. Автоматизация, типовые схемы и комплекты электрооборудования.
Приводные характеристики и режимы работы стационарных транспортеров.
Выбор типа и расчет мощности их электропривода. Автоматизация, типовые схемы и комплекты электрооборудования.
Приводные характеристики и режимы работы мобильных кормораздатчиков.
Выбор типа и расчет мощности их электропривода. Автоматизация, типовые схемы и комплекты электрооборудования.
1.Каковы особенности приводных характеристик, условий и режимов работы кормоприготовительных машин, стационарных и мобильных транспортных установок и их требования к электродвигателям?
2.По каким параметрам выбирается тип и мощность электропривода для кормоприготовительных машин, стационарных и мобильных транспортных установок?
3.Проанализируйте работу типовых принципиальных схем управления приводами кормоприготовительных машин и агрегатов и транспортных установок?
4.Какие мероприятия и устройства предусматриваются для облегчения режимов пуска и работы электродвигателей кормоприготовительных машин?
3.5. Электропривод установок и механизмов ремонтных мастерских сельскохозяйственных предприятий Приводные характеристики, режимы и особенности работы электроталей, кранов малой мощности. Выбор типа и расчет мощности их электропривода. Типовые схемы управления и комплекты электрооборудования.
Приводные характеристики металло- и деревообрабатывающих станков и требования к их электроприводу. Выбор типа и расчет мощности их электропривода. Типовые схемы управления и электрооборудование станков.
Режимы работы и требования к электроприводу стендов для обкатки автотракторных двигателей внутреннего сгорания после ремонта. Выбор типа и расчет мощности их электропривода. Схемы управления и комплекты электрооборудования.
1.Каковы особенности приводных характеристик, условий и режимов работы электроталей, кранов малой мощности, металло- и деревообрабатывающих станков, стендов для обкатки ДВС ?
2.По каким параметрам и формулам выбирается тип и мощность электропривода для кранов малой мощности, металло- и деревообрабатывающих станков, стендов для обкатки ДВС ?
3.Проанализируйте работу типовых принципиальных схем управления приводами электроталей, кранов малой мощности, стендов.для обкатки ДВС.
4.Зачем и как выполняются холодная и горячая обкатки двигателей внутреннего сгорания на обкаточных стендах?
3.6. Электропривод и автоматизация поточных линий Общие сведения. Требования к электроприводу и схемам автоматизации поточных линий. Характеристики поточных линий, применяемых в животноводстве, птицеводстве, растениеводстве, особенности их электропривода и систем автоматического управления.
Использование программируемых микроконтроллеров и управляющих микро-ЭВМ для управления поточными линиями.
1.Какие предъявляются требования к схемам управления автоматизированным электроприводом поточных линий?
2.Каковы особенности автоматизированного электропривода поточных линий в животноводстве, птицеводстве, растениеводстве?
3.В каком порядке производятся пуск и остановка поточной линии?
Задание и методические указания по выполнению Учебным планом по курсу "Автоматизированный электропривод" предусмотрено выполнение курсовой работы.
Задачей курсовой работы является закрепление теоретических знаний по курсу, развитие навыков самостоятельной работы, а также освоение методов расчета и выбора электроприводов сельскохозяйственных машин и установок.
Для выполнения курсовой работы студенту следует изучить теоретический материал по литературе и, с целью опенки степени усвоения, ответить на контрольные вопросы.
Пояснительная записка пишется с оставлением полей для замечаний рецензента. Содержание пояснительной записки разделяют на части, разделы и подразделы, имеющие порядковые номера. Все страницы записки, включая рисунки и таблицы, нумеруются. Номер страницы проставляется внизу посередине, начиная с введения. Формулы также нумеруют, проставляя номер с правой стороны в круглых скобках. Значения символов и числовых коэффициентов, входящих в формулу, расшифровываются непосредственно под ней. Значение каждого символа дают с новой строки, начиная первую строку со слова "где" без двоеточия после него.
Все расчеты в курсовой работе выполняются в Международной системе единиц измерения (СИ). Условные графические и буквенные обозначения в электрических схемах должны соответствовать требованиям действующих ГОСТ.
На титульном листе пояснительной записки указывается: наименование университета и кафедры, тема курсовой работы, номер варианта, фамилия, имя, отчество и подпись студента, шифр и дата выполнения работы.
В конце пояснительной записки приводится список использованной литературы.
пусковой ток в роторе электродвигателя и в сети.
1.3.Разработать схему автоматического управления пуском электродвигателя в функции параметра (тока, времени, скорости), указанного в задании.
Количество ступеней пускового реостата должно соответствовать расчету (см.П.1.2). Выбрать необходимую аппаратуру защиты и управления.
1.4.Для главного привода подъемного механизма определить сопротивления, которые требуется ввести в цепь ротора, чтобы груз двигался на подъем и на спуск со скоростью, равной 0,5 заданного значения. Построить искусственные механические характеристики и определить токи в роторе и в сети при указанных режимах работы.
2.1.Для привода подъемного механизма выбрать асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором с повышенным скольжением. Режим работы электропривода - S3. Построить естественную механическую характеристику и характеристики при напряжениях 0,5; 0,7 и 0,9 номинального значения.
2.2.Для привода подъемного механизма выбрать асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором основного исполнения. Режим работы электропривода - S3.
2.3.Определить время пуска электродвигателя, выбранного в п.2.2, и построить зависимости = (t ) и М дв = (t ).
2.4.Для электродвигателя, выбранного в п.2.2, определить допустимое число включений в час.
3.1.Для привода подъемного механизма выбрать асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором с повышенным пусковым моментом, считая, что ражим работы электропривода – кратковременный (S2) и время работы составляет 15 мин.
3.2.Определить превышение температуры двигателя в конце указанного времени работы.
4.1.Рассчитать параметры схемы замещения по каталожным данным асинхронного электродвигателя, выбранного в п.2.2.
4.2.Построить механические характеристики двигателя при частотном регулироU вании скорости по закону При выполнении курсовой работы необходимо иметь ввиду следующее:
1.Весом троса можно пренебречь.
2.Электродвигатели основного исполнения для привода подъемного механизма выбирать с синхронной частотой вращения: для четных вариантов no = 1500 об / мин, для нечетных – no = 3000 об / мин.
3.Отношение = принять равным единице.
4.Время цикла в повторно-кратковременном режиме принять равным согласно ГОСТ 183-74 стандартному – 10 минут.
5.Момент сопротивления при спуске и подъеме считать неизменным.
6.Снижение напряжения при пуске принять равным 7,5%.
7.Постоянную времени нагрева Tн принять равной С/2А.
Вариант курсовой работы выдает преподаватель. Исходные данные для своего, варианта, которыми являются: скорость груза V, масса груза m, диаметр барабана d, момент инерции барабана J б, КПД передачи п, продолжительность включения ПВ и тип схемы, приведены в приложении 1.
где m – масса груза, кг;
V – скорость груза, м/с;
g – ускорение свободного падения, м/с ;
п – КПД передачи.
где t ц – время цикла работы ( t ц = 10 мин );
ПВ – продолжительность включения, %.
Выбор мощности электродвигателя производится по условию где Pн – номинальная мощность двигателя, кВт;
Pэкв – эквивалентная мощность по нагрузочной диаграмме, определяемая по выражению:
где – коэффициент ухудшения охлаждения двигателя в период паузы ( = 0,45...0,55 ).
Для обеспечения надежного пуска двигателя следует сделать проверку по условию:
где k u = – действительное напряжение при пуске, о.е.;
U п – действительное напряжение при пуске, В;
U н – номинальное напряжение сети, В;
М п – пусковой момент электродвигателя (Н·м), который принимается равным 0,8…0,9 момента критического;
М тр – момент трогания рабочего органа подъемного механизма (Н·м), который приближенно можно определить по выражению:
где н – номинальная угловая скорость электродвигателя, с -1.
1.2.При расчете сопротивлений ступеней пускового реостата следует использовать графический способ, для чего необходимо построить естественную механическую характеристику асинхронного электродвигателя по полной формуле Клосса:
где М к = µ к М н – критический (максимальный) момент электродвигателя, Н·м;
µ к – кратность критического момента;
R1 – активное сопротивление обмотки статора, Ом;
R2 – приведенное активное сопротивление обмотки ротора, Ом;
S – текущие значения скольжения электродвигателя;
S к – критическое скольжение электродвигателя.
где S н = – номинальное скольжение электродвигателя;
no – синхронная частота вращения, об/мин;
nн – номинальная частота вращения, об/мин.
Переход от скольжения S к угловой скорости производят, используя формулу где о – синхронная угловая скорость электродвигателя, с -1.
Результаты расчета механической характеристики необходимо также представить в виде таблицы.
Построение пусковой диаграммы (рис.3) следует начинать с определения максимального и переключающего (минимального) моментов по выражениям:
где М с = – момент сопротивления подъемного механизма, Н·м.
После построения пусковой диаграммы необходимо определить масштаб сопротивления m R (Ом/мм):
где R2 н = – номинальное сопротивление ротора, Ом;
Е 2 к – ЭДС между кольцами неподвижного разомкнутого ротора, В;
I 2 н – номинальный ток ротора, А;
ab – отрезок на пусковой диаграмме, соответствующий номинальному сопротивлению ротора, мм.
Тогда сопротивления ступеней пускового реостата равны:
всего реостата:
Пусковой ток ротора определяют по выражению:
Определение пускового тока в сети основывается на соотношении:
то есть на том, что отношение токов статора и ротора в любом режиме работы электродвигателя остается постоянным.
1.3.Для управлений асинхронными двигателями широко используются релейно-контактные аппараты. При релейно-контактном управлении электродвигателем процесс его пуска обычно автоматизируется, что устраняет возможные при ручном управлении ошибки. Для пуска электродвигателя от персонала в этом случае требуется лишь нажать кнопку управления или повернуть в рабочее положение рукоятку командоконтроллера.
R2 доб – добавочное сопротивление в цепи ротора, Ом.
Выражение (17) справедливо при одинаковом моменте на естественной и искусственной характеристиках.
Скольжение электродвигателя при работе на подъем на спуск груза где c – угловая скорость электродвигателя при работе на естественной характеристике при М = М c.
Для построения характеристики электродвигателя при подъеме груза необходимо определить критическое скольжение.
Токи в сети и роторе при работе ни искусственных характеристиках определяют так же, как в п.1.2, при соответствующих значениях скольжения S рпод, S рсп и добавочного сопротивления R2 доб.
2.1.Для повторно-кратковременного режима работы (S3) выпускается серия специальных машин, рассчитанных на этот режим. Такими машинами являются электродвигатели с повышенным скольжением. Эти электродвигатели рассчитываются на работу при следующих стандартных продолжительностях включения (ПВ): 15, 25,40, 60 и 100%. В технической характеристике таких двигателей приводят величины мощности двигателя для всех значений ПВ. За номинальную, мощность принимается мощность при ПB = 40%. Длительность рабочего цикла не должна превышать 10 минут (ГОСТ 183-74).
Для выбора двигателя из данной серии необходимо определить фактическую продолжительность включения ПВ (указывается в задании) и мощность сопротивления Pс (по выражению 1).
Если продолжительность включения окажется нестандартной, то следует при выборе электродвигателя найденное значение мощности сопротивления пересчитать на ближайшее большее стандартное значение продолжительности включения по выражению:
где ст – стандартное значение относительной продолжительности включения ( ст = 0,15 ; 0,25 ;0,4 ;0,6 ), о.е.;
ф = – фактическое значение относительной продолжительности включения, о.е.;
Рс – мощность сопротивления при значении ф, кВт;
Рс – мощность сопротивления, приведенная к ближайшему большему стандартному значению ст, кВт;
= (0,5...0,7 ) – коэффициент потерь.
По полученному значению Рс надо выбрать двигатель так, чтобы мощность двигателя при стандартной продолжительности включения удовлетворяла условию После чего двигатель необходимо проверить по условию надежного пуска (6).
Естественную механическую характеристику необходимо построить по характерным точкам (рис.4):
где µ min – кратность минимального момента;
µ п – кратность пускового момента;
µ к – кратность критического момента;
min – угловая скорость при минимальном моменте, с -1.
Построение искусственных механических характеристик при изменении напряжения сети основывается на квадратичной зависимости момента асинхронного ные для продолжительного режима работы (S1). Поэтому выбор электродвигателя для привода подъемного механизма производится аналогично выбору двигателя с фазным ротором (п.1.1).
Выбранные электродвигатели необходимо проверить по условию надежного пуска (6).
2.3.Время пуска t пуск привода определяют на основе уравнения движения электропривода:
где М дв – момент электродвигателя, Н·м;
М с.пр – момент сопротивления подъемного механизма, приведенный к валу электродвигателя, Н·м;
J пр – приведенный момент инерции системы «двигатель – подъемный механизм», кг·м2.
строить по характерным точкам (рис.5), также как в п.2.1.
Приведенный к валу электродвигателя момент сопротивления подъемного механизма определяют по выражению:
и который будет постоянным.
Механическую характеристику подъемного механизма = f 2 М с.пр нео бходимо построить на том же графике, что и механическую характеристику электродвигателя = f 1 ( М дв ) (рис.5).
Приведенный к валу электродвигателя момент инерции J пр системы «двигатель – подъемный механизм» определяют по выражению:
где к – коэффициент, учитывающий момент инерции механической передачи J б – момент инерции барабана подъемного механизма кг·м2;
J дв – момент инерции ротора электродвигателя, кг·м 2;
i= – передаточное отношение редуктора;
сн = – номинальная скорость барабана подъемного механизма, с -1;
V – скорость подъема груза, м/с;
d – диаметр барабана, м;
m – масса груза, кг.
Используя построенные механические характеристики электродвигателя = f 1 ( М дв ) и подъемного механизма = f 2 М с.пр, строят кривую динамического момента на основе соотношения М дв М с.пр = М дин. Затем кривую динамического момента заменяют ступенчатой линией с участками по скорости i, на которых динамический момент постоянен и равен его средней величине М дин i (рис.5).
Тогда время пуска на каждом участке будет:
где i = i + 1 i – интервал скорости на i ом участке, с -1.
Полное время пуска где N – количество участков.
Результаты расчета необходимо свести в таблицу. Зависимость М дв = (t ) строится на основе графиков = (t ) и = f 1 ( М дв ).
2.4. Допустимое число включений в час для электродвигателя подъемного механизма, выбранного в п.2.2, рассчитывается по формуле:
где Р н – номинальные потери мощности, Вт;
Рф – фактические потери мощности (при нагрузке Рс ), Вт;
– коэффициент ухудшения охлаждения;
Ап – потери энергии в двигателе при пуске, Дж.
Номинальные потери мощности где н – номинальный КПД электродвигателя.
Фактические потери мощности при нагрузке Рс где Рс – постоянные потери мощности в электродвигателе, Вт;
РV – переменные потери мощности в электродвигателе, Вт, Постоянные и переменные потери могут быть найдены путем решения системы уравнений:
где = 0,5...0,7 – коэффициент потерь.
Потери энергии при пуске Интеграл можно приближенно вычислить графически, имея зависимость = (t ) (рис.5), который равен заштрихованной площади, то есть Тогда потери энергии при пуске 3.1.Для полного использования двигателя по нагреву в кратковременном режиме работы, предназначенного для продолжительного режима, какими являются электродвигатели с повышенным пусковым моментом, его следует перегружать, то есть выбирать, исходя из условия Для количественной опенки перегрузки используются коэффициенты термической ( pT ) и механической ( p м ) перегрузок:
где t p – время работы, мин;
Tн – постоянная времени нагрева, мин;
= (0,5 4. 0,7) —коэффициент потерь.
Постоянная времени нагрева определяется по выражению:
где C = co mдв – теплоемкость двигателя, Дж/С;
со – удельная теплоемкость стали, Дж/кг С;
m дв – масса электродвигателя, кг;
А= – теплоотдача двигателя, Дж/с· С;
Pн – номинальные потери мощности в двигателе, Вт;
доп – допустимое значение превышения температуры, соответствующее классу нагревостойкости изоляции (для класса изоляции В – доп = 80 С, для класса изоляции F – доп = 110 С, для класса изоляции H – доп = 135 С).
Полное использование электродвигателей по нагреву ограничивается допустимой перегрузочной способностью, которая для асинхронных двигателей характеризуется кратностью критического момента µ к. Поэтому при µ к < рм двигатель по нагреву будет недоиспользован и определяющим является кратность критического момента.
По известным для выбранного двигателя номинальной мощности Pн и коэффициенту механической перегрузки p м определяют мощность Р к, которую может развивать данный двигатель, не перегреваясь, в течение времени t p при кратковременном режиме работы:
При этом должно выполняться условие Кроме проверки по условию нагрева, двигатель проверяется по условию надежного пуска (6).
3.2. Превышение температуры двигателя в конце цикла работы может быть определено из уравнения кривой нагрева:
где уст.ф = доп – установившееся значение превышения температуры электродвигателя при нагрузке Рс, C;
Рф – потери мощности при нагрузке Рс, кВт;
Р н номинальные потери мощности, кВт.
4.1.Для определения параметров двигателя ( R1, R2, X 1, X 2, I 2 н ) достаточно воспользоваться упрощенной Г-образной схемой замещения.
Активное сопротивление статора R1 может быть, определено из выражения для переменных потерь мощности в двигателе:
Переменные потери мощности РV определяются путем решения системы уравнений (32).
Сумму реактивных сопротивлений статора и ротора ( Х к = Х 1 + Х 2 ) можно определить из выражения для критического момента двигателя:
где U фн – номинальное фазное напряжение сети, В.
Активное сопротивление ротора R2 двигателя может быть определено следующим образом. Потери мощности в роторе в номинальном режиме с одной стороны определяются как С другой стороны:
Тогда номинальный ток ротора можно определить как Также номинальный ток ротора можно определить из упрощенной Г-образной схемы замещения:
Приравняв правые части выражений (47) и (48), получим:
Сопротивление R2 определяется из выражения (49) после необходимых преобразований.
4.2.Для построения механических характеристик при частотном регулировании достаточно для каждого значения частоты определить: синхронную угловую скорость of, критическое скольжение S кf и соответствующую ему скорость кf, критический момент М кf, используя следующие выражения:
скорости скорости скорости Технические данные электродвигателей серии 4А основного исполнения 4А80А2 1,5 3,3 2790 0,85 0,81 6,5 2,1 1,4 2,6 0,0018 17, 4А100S2 4,0 7,9 2880 0,89 0,865 7,5 2,0 1,6 2,5 0,0059 34, 4А80В4 1,5 3,5 1400 0,83 0,77 5,0 2,0 1,6 2,2 0,0033 20, 4А90L4 2,2 5,0 1420 0,83 0,80 6,0 2,1 1,6 2,4 0.0056 28, Технические данные электродвигателей серии АИР основного исполнения АИР80В2 2,2 4,6 2850 0,87 0,83 7,0 2,0 1,6 2,2 0,0021 13, АИР90L2 3,0 6,1 2850 0,88 0,845 7,0 2,0 1,6 2,2 0,0035 16, АИР100S2 4,0 8,0 2850 0,88 0,87 7,5 2,0 1,6 2,2 0,0059 21, АИР100L2 5,5 10,7 2850 0,89 0,88 7,5 2,0 1,6 2,2 0,0075 27, АИР160S2 15,0 29,0 2910 0,89 0,90 7,0 1,8 1,7 2,7 0,039 АИР80В4 1,5 3,5 1395 0,83 0,78 5,5 2,2 1,6 2,2 0,0033 12, АИР100S4 3,0 6,7 1410 0,83 0,82 7,0 2,0 1,6 2,2 0,0087 21, АИР112M4 5,5 11,4 1430 0,86 0,855 7,0 2,0 1,6 2,5 0,017 АИР132S4 7,5 15,0 1440 0,86 0,875 7,5 2,0 1,6 2,5 0,028 АИР132M4 11,0 22,2 1445 0,86 0,875 7,5 2,0 1,6 2,7 0,040 АИР160S4 15,0 28,4 1455 0,89 0,90 7,0 1,9 1,8 2,9 0,078 АИР160М4 18,5 35,1 1455 0,89 0,905 7,0 1,9 1,8 2,9 0,1 АИР180S4 22,0 42,5 1460 0,87 0,905 7,0 1,7 1,5 2,4 0,15 АИР180М4 30,0 57,0 1470 0,87 0,92 7,0 1,7 1,5 2,7 0,19 Технические данные электродвигателей серии RA основного исполнения RA132SA2 5,5 11,0 2880 0,89 0,89 6,5 2,4 2,0 3,0 0,0155 RA132SB2 7,5 15,0 2890 0,89 0,89 7,0 2,5 2,1 3,2 0,0185 RA160МА2 11,0 22,0 2940 0,89 0,875 6,8 2,0 1,8 3,3 0, RA160МВ2 15,0 29,0 2940 0,86 0,90 7,5 2,0 1,8 3,2 0,047 RA160L2 18,5 35,0 2940 0,88 0,90 7,5 2,0 1,8 3,2 0, RA180М2 22,0 42,0 2940 0,89 0,905 7,5 2,1 1,8 3,5 0, RA200LA2 30,0 55,0 2950 0,89 0,92 7,5 2,4 2,0 3,0 0, RA200LB2 37,0 68,0 2950 0,89 0,92 7,5 2,4 2,0 3,0 0, RA90L4 1,5 4,0 1420 0,80 0.785 5,5 2,3 1.9 2,8 0,0042 15, RA100LА4 2,2 5,0 1420 0,82 0,79 6,0 2,2 1,8 2,6 0,0048 RA100LB4 3,0 7,0 1420 0,81 0,81 6,2 2,2 1,9 2,6 0,0058 RA112М4 4,0 9,0 1430 0,84 0,855 6,5 2,2 1,9 2,9 0,0103 RA132S4 5,5 11,0 1450 0,85 0,85 7,0 2,4 2,0 3,0 0.0229 RA132М4 7,5 15,0 1455 0,83 0,83 7,0 2,8 2,3 3,2 0,0277 RA160МА4 11,0 22,0 1460 0,86 0,885 6,5 1,8 1,6 2,8 0, RA160ML4 15,0 29,0 1460 0,87 0,90 7,0 1,9 1,6 2,9 0, RA180М4 18,5 35,0 1460 0,89 0,905 7,0 1,9 1,6 2,9 0, RA180L4 22,0 42,0 1460 0,88 0,91 7,0 2,1 1,6 2,9 0, Технические данные электродвигателей серии 4А с повышенным 4АР160S4 15,0 29,9 1470 0,87 0,875 7,5 2,0 1,6 2,2 0,1 4АР160М4 18,5 36,4 1475 0,87 0,885 7,5 2,0 1,6 2,2 0,13 4АР180S4 22,0 42,6 1475 0,87 0,90 7,5 2,0 1,6 2,2 0,19 4АР180М4 30,0 58,1 1475 0,87 0,90 7,5 2,0 1,6 2,2 0,23 4АР200М4 37,0 70,0 1480 0,88 0,91 7,5 2,0 1,6 2,2 0,37 4АР160S6 11,0 23,5 980 0,83 0,855 7,0 2,0 1,6 2,2 0,14 4АР160М6 15,0 31,3 980 0,83 0,875 7,0 2,0 1,6 2,2 0,18 4АР200М6 22,0 43,3 985 0,85 0,905 6,5 2,0 1,6 2,2 0,40 4АР200L6 30,0 58,4 990 0,86 0,905 6,5 2,0 1,6 2,2 0,45 4АР225М6 37,0 73,7 990 0,84 0,905 7,0 2,0 1,6 2,2 0,74 Технические данные электродвигателей серии 4А с фазным ротором Технические данные электродвигателей серии 4А с повышенным скольжением
«