Лекция 1.

Основы электротехники.

Привод- эл.мех. система, состоящая из ЭД, преобразовательного передаточного и управляющего устройств, предназначенных для осуществления движения функциональным узлом, технологич.установки и управления этим движением.

УП

ЭД+УП

УУ

ТУ

Д

ЭД- электродвигатель

УП- преобразовательное устройство

УП- передаточное устройство

УУ- устройство управления

Д- датчики по валу

Основное уравнение электропривода

Асинхронные двигатели

+ использует 3-х фазную эл.цепь

простота

надежность

дешевизна

высокий энергетический показатель(КПД ~98%, соs )

• затруднено управление и регулировка скорости, сл-но мало используется в приводах, где надо плавно регулировать скорость

Материал: магнитопровод статора из электротехнической шихтованной стали(чтоб не нагревали токи Фуко)

Устройство

См рис 1.

1. корпус

2. магнитопровод(статор)

3. пазы статора

4. магниторовод(ротор)

5. пазы в роторе6

6. вал

7. лапы и фланцы

8. рымболт.

Воздушный зазор чем меньше- тем лучше.

В пазы уложена обмотка.(3-х фазная)

Обмотки смещены отн. др. др. на 120

Обмотка в роторе также, что и в статоре, а пазы – продольные.

1. короткозамкнутый ротор.

2. фазный ротор(провода осоед. в *)

см. рис2.

Трехфазный ток дает вращающ.3-х фазное эй/м поле. Магнитная индукция результирующего магнитного поля 3-х фаз распределена вдоль воздушного зазора по sin закону. Ее амплитуда в 1,5 раза выше амплитуды однофазной и Е м.поля вращается с постоянной скоростью.

Доказательство вращения м.поля.

AX-1ая обмотка

ВУ-2 ая обмотка

СZ-3 яя обмотка

См. рис3,4.

По правилу буравчика направление векторов магнитной индукции B_А, В_В, В_С. Но они получаются посредством 3-х фазного тока, сл-но меняются во времени по sin.

i_А*- намагничивающая сила

когда i_А*max, то i_В*, i_С* меньше.

Рассмотрим (.) 1,2,3:I_1,2,3=0

Когда в фазе i_А=0, то фаза В поменяла направление. См. рис 5

B_B

B_С В_тр

B_B

- B_B B_тр B_А

B_C

B_А B_С

B_

(.)1 (.)2 (.)3

Рис.5

i_B= i_C=I_Msin60=3/2I_M

B_B=B_C=3/2B_M

B_MP=2B_B3/2=3/2B_M

B_MP=3/2B_M (одной фазы)

Принцип действия АД

При пересечении Al проводника с м.полем в проводнике возникает по закону индукции ток, который, по закону Ампера, дает силу. ЭДС определяется по правилу правой руки.

n-частота вращения ротора

АFR=Mдвиг.

Принцип действия основан на взаимодействии проводника с м.полем. Т.к. поле вращается, проводник вращается. Двигатель наз. асинхронным т.к. сила возникает тогда, когда происходит заимод. проводника с полем. При n=n₀ произойдет торможение, сл-но будет разность = n-n₀

Сл-но nn₀опять сила.

Поскольку частота вращения ротора отстает от частоты вращения м.поля статора двигатель называют асинхронным.

(n₀-n)/ n₀=S скольжение.

Лекция 2

Сила, действующая на проводник ротора. F=BlI

n₀- частота вращения э/м поля, n- частота вращения ротора.

w_max=w_эл/р=2p/Тp 2pn₀/60P=2pf n₀=60f/P ,

Тр- число пар полюсов электьродвигателя. Если р=1,мах n₀=3000

Соотношения в асинхронном двигателе.

Частота тока ротора f₂=(n₀-n)P/60, частота статора f₁=n₀P/60

f₂/f₁=(n₀-n)/n₀=S скольжение- отставание ротора от статора по частоте.

ЭДС ротора

n¹0, E₂=4.44f₂w₂ФK_o2 K_o2- обмоточный коэффициент, опр. как точно ось эл.обмотки совпадает с магнитной(0,91…0,95).

n=0, E_2k=4.44f₁w₂ФK_o2 при неподвижном роторе.

S=0.95…0.98

Е₂ /Е_2к=f₂/f₁=f₁S/f₁ E₂=E_2kS

Индуктивность сопротивления обмотки статора.

Х₁=2pfL₁ L₁=w₁Ф_р1/I₁ Осн.поток Ф идет на создание м.поля. Ф_р-поток рассеяния.

Х₂=2pf₂L₂ L₂=w₂Ф_р2/I₂

n=0 X₂=X_2S*S

f₂/f₁=(n₀-n)/n₀=S n=0,S=1, f₂=f₁. E₂=E_2k*S

I₀- ток, создаваемый м.полем, I₁-ток статора.I₂- ротора,зависит от нагрузки.

Схема должна отражать вращающийся процесс.

I₂=E₂/(r₂²+x²₂)^1/2=E_2kS/(r₂²+(x₂S)²)^1/2= E_2k/((r₂/S)²+x₂²)^1/2= E_2k/{(r₂²+r₂(1-S)/S)²+x²₂}^1/2

Мощности в асинхронных двигателях.

P₁- мощность статора P₁=Ö3*U_1Ф*I₁cosj₁

P₁-DP_обм1-DР_ст1=Р_эм

Мощность, которая передается посредством вращения э.м.поля от статора к роторучерез воздушный зазор.

Р_эм-DP_обм2-DР_ст2=Р_мех то, что приходится на вал.

Потери на трение подшипников, о воздух, на вентиляцию DP_мех

P_мех-DP_мех=Р_В на валу.

Р_эм=М_энw .

Р_эм- Р_мех =DP_обм2 Р_мех=М_эмw Р=Мw, где М- вращающий момент

М_эмw₀- М_эмw=3I₂²r₂

М_эм=3I₂²r₂/(w₀-w)=3I₂²r₂/w₀S М_эм=М_В

Полезный момент на выходе двигателя.

М=3I₂²r₂/w₀S

М=3Е_2кI₂cosy₂/w₀=3*4.44f₁w₁ФI₂cosy₂/w₀=CФI₂cosy₂

M=CФI₂cosy₂

I₀- ток намагничивания, I₁- ток потребляемый из сети.

Закон Ома.

Механическая характеристика АДВ

Мн- номинальное

Мк-срывается и останавливается крит.момент, после которого двиг.перестает работать.

Мп- пусковой момент.

Двигатель в т.n₀попасть не может, т.к. потери большие(надо докрутить в том же направлении др.машиной).

Режим динамического торможения- необход. статорные обмотки отключить от цепи 3хфазного тока и 2 из них подкл. к цепи пост.тока.

Торможение быстрый останов- необходимо осуществить реверс и, когда вращение ротора=0, статорную обмотку отключить от 3хфазной цепи(необх.контрольное реле).

См.рис.

Лекция 3

Торможение:

1. генераторный n>n₀

2. противовключения n<0(пересеч.витков пр-ий в др.направлении, тормозн.момент).

3. динамич.торможения(возникает пост.м.поле недвижущееся).

4. быстрый останов.

Когда вращающ.э/м поле опережает витки- положит.момент- момент движения.

Когда отстает, возникает пересеч-я- тормозной момент(n>n₀)- в др.сторону.

Т.к. возникает невращающ.м/поле статора n=0, n₀0(поле магн. как бы вращ. в др.сторону)(направление силы буде противоположно моменту двигательному)момент тормозной(отриц.)

n2n₀

n₀- в др.сторонусамое эффективное торможение.

Формула Гласса

[Pн]=1КВт [Мн]=Н/м

- перегрузочный коэфициент.

, Sн- по номинальным(паспортным) данным.

I’₂- приведенный ток(приведенный, т.к.используем схему приведения).

Пуск АД.

Mп=(1,2…1,6)Мн

Iп=(5..7)Iм

Мп<Мпс

Mac-пусковой момент сопротивления

Токовая характеристика называется скоростной характеристикой - I(n)

Способы запуска АД

Чтобы понизить IOU, надо понизить напряжение или увеличить r1 и, если с фазным ротором АД, увеличить r2:

1) U1ф. понизить

2) r1(или r2) увеличить

3) r2 увеличить (АД с фазным ротором)

Переключить АД во время пуска с треугольника на звезду

При включении треугольника напряжение на нагрузке одной фазы - линейное, равное 380 В, а фазное напряжение ,равное 220 В, в звезде- фазное напряжение (уменьшает его в корен3 раз) при включении. Значит M уменьшится в 3 раза.

1. П реобразование звезды в треугольник

n

зв естест. Этот способ подходит, если нет нагрузки

тр.

M

1. 2) Схема включения (ограничиваем ток) r1+rдоб.

Добавляем сопротивление –дроссель (катушка со сталью)

(с большим х)

n

естест.

Регулирующий пусковой клапан

M схема-Дроссель

В1 включается, после пуска вкл В2 (закорачивается r2)

3
) естеств. хар. искуст.

Естественная характеристика АД-называется характеристика АД, соответствующая номинальным параметрам, все остальные характеристики называются искуственными.

M=Mk/(Sи/Sк+Sк/Sи) Мп=2*Мк/(1/Sk+Sk/1)

S_k=r’2/(r1²+xk²)^1/2

Xk= x1+ x2

S_k=(r’2+ r’д)/(r2²+xk²)^1/2

S_k= r’2/ xk (r1<<xk)

S_k=(r’2+ r’д)/xk

S_k=(r’2д)/(r’2+ r’д)= r2д)/(r2+ rд)

rд= r2/(Sи/Sк-1)

Регулирующие скорости АД (частоты вращения)

1. no=60f/P

a)p-var

b)f-var

c
) r2-var

1. Полюсный способ

При ф=const (постоянство тока)- ступенчатое регулирование

b) частотный способ

E2k=4.44f***K02*I2

Н
еподвижный ротор имеет частоту статора

Включаем сопротивление в цепь ротора АДК2 замыкаем, шунтируем К1 замыкаем шунти- руем rg1 получаем rg2 в качестве с сопротивления

a)

Преимущества:

1. Простота

Недостатки:

1) Многополюсная машина (1500,1700,2000)

2) Ступенчатое регулирование

b)

Преимущества:

1)плавное регулирование во всем диапазоне

Недостатки:

1. дорогой т. к. требует регулятор частоты

2. применяется при пониженной частоте и немного выше 60 Гц, а при высоких

частотах сопротивление увеличивается, ток и момент уменьшается

в)

преимущества:

1. простой

недостатки:

1) небольшой диапазон регулирования, значит используется только для подрегулировки

1. большие потери (неэкономичный)-печка (сильно разогревается АД)

2. АД только с фазным ротором (такой АД дороже на порядок)

r2- var

M =0-M=0.9Mk (прямолинейная характеристика)-рабочая частота характеристики

Sк M=(Mн/Sн)*S

Мn Mk M

Энергетические характеристики:

1)=Рв на валу/Р1

Р1=Рв+dРобм1+dРобм2+dPст1+dPcт2+dPмех

dРперем. dPпост

1. cos=P1/S=P1/(P1²+Q²)

Q=Qглав.+Qрассеянн.=Io²ro+I1²x1+I2²x2

Пределы:

Р (0-10 кВт) Р>10кВт

(0.7-0.9) =0.9-0.94

cos(0.9-0.94) cos=0.8-0.92

I’₂=U_1ф/((r₁+r’₂/S)²+(x1+x’2)²)



0 .8

cos