Метод свободного выбега для определения момента инерции и махового момента электропривода

1 2 3 4 5 6 7

МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРИВОДА

Учебное пособие

Таганрог

Южный федеральный университет

2016

УДК 62-83(075.8)

ББК 34.43я73

П ‑ 536

Печатается по решению редакционно-издательского совета Южного федерального университета

Рецензенты:

Кандидат технических наук, доцент, НИЦ супер ЭВМ и нейрокомпьютеров, Левина М.Г.;

Кандидат технических наук, доцент, кафедры электротехники и мехатроники ЮФУ, Бурьков Д.В.

Полуянович Н.К., Дубяго М.Н., Щуровский В.А., Береснев М.А.Методы экспериментального определения характеристик электрического привода: учебное пособие. ‑ Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2016. ‑ 121 с.

В учебном пособии излагаются теоретические основы современных методов управления электроприводом постоянного и переменного тока. Основная цель работы состоит в том, чтобы научить студентов практическому приложению знаний и навыков по отдельным разделам курса "Электрический привод", приобретению самостоятельности при решении конкретных технических задач.

Пособие предназначено для использования в учебном процессе направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» по профилю «Электрооборудование предприятий, организаций и учреждений, электрического транспорта, автомобилей и тракторов».

Ил. 42. Табл. 3. Библ.:23назв.

№114041540005 «Теория и методы позиционно-траекторного управления морскими роботизированными системами в экстремальных режимах и условиях неопределенности среды».

ISBN УДК 62-83(075.8)

ББК 34.43я73

Введение

Решение вопросов автоматизации технологических процессов, а именно автоматизированных систем управления различных электроприводов, является актуальной задачей.

Современный автоматизированный электропривод ‑ сложная многокомпонентная система. Понимание физических процессов в ЭП, знакомство с современными техническими решениями, умение оценивать и сопоставлять их возможности, применять на практике ‑ все это необходимо инженерам многих специальностей, чей труд связан с эксплуатацией, техническим обслуживанием различных электромеханических преобразователей.

При проектирования систем управления они представляются функционально законченными подсистемами. Выделяются следующие основные основные уровни:

1. Высший уровень управления. На котором осуществляется решений глобальных задач управления технологическим процессом, а именно планирование функционированием электроприводом.

2. Средний уровень. Осуществляет решение локального управления технологическим процессом, а именно распределение движений механизмов электрического привода по степеням подвижности.

3. Нижний уровень. На этом уровне характерно цифровое или цифро-аналоговое управление исполнительными приводами оборудованием электропривода.

Целью учебного пособия является закрепление и систематизация знаний по автоматизированному электроприводу, развитие самостоятельной работы студентов с использованием различной литературы, а именно учебников, справочников, периодических изданий а также интернет ресурсов.

Учебное пособие нацелено на изучения скоростных и механических характеристик двигателей постоянного и переменного тока, исследование схем управления электроприводом, широтно-импульсных преобразователей, систем стабилизации скорости ЭП, исследование систем подчинённого регулирования.

Глоссарий

1. Асинхронный двигатель ‑ двигатель переменного тока, в котором ротор вращается с частотой меньше частоты вращения электромагнитного поля статора (относительная разность этих частот - скольжение).

Асинхронные двигатели:

· с короткозамкнутым ротором (беличье колесо);

· с фазовым ротором.

Режимы работы:

· двигательный режим 0 < s < 1 n<n1;

· генераторный режим s < 0 n>n1.

Преимущества АД с короткозамкнутым ротором:

- нетребовательны к тех. обслуживанию;

- эксплуатация во взрывоопасной зоне (так как отсутствуют щётки, а следовательно - искрение);

- высокий КПД и коэффициент мощности;

- низкая стоимость

2. Синхронный двигатель ‑ машина переменного тока, в котором ротор вращается с той же частотой, что и электромагнитное поля статора. Двигатель имеет постоянную скорость, не меняющуюся во времени при номинальных изменениях нагрузки, скольжение s=0%. Двигатель имеет сложную конструкцию и поэтому высокую стоимость.

3. Синхронный реактивный двигатель ‑ синхронный двигатель, в роторе которого отсутствует обмотка возбуждения (постоянные магниты). РД относительно недорогие и надёжные по сравнению с СД. Недостатками является низкий КПД и коэффициент мощности, большая масса.

4. Синхронная скорость (п1) - частота вращения электромагнитного поля статора:

n₁= [min^-1],

f₁ ‑ частота питающего напряжения;

p ‑ число пар полюсов двигателя.

5. Скольжение (s)- отношение скольжения скорости к синхронной скорости:

s = =.

6. Скорость вращения ротора:

n = n₁×(1‑ s)

7. Коэффициент мощности:

cosj =, P ‑ активная мощность; S ‑ полная мощность.

8. Номинальный момент двигателя:

M_n [Nm] = P_n ‑ номинальная мощность двигателя;

n_n ‑ номинальные обороты двигателя

9. Полная мощность двигателя: - мощность, потребляемая двигателем из сети и определяемая как геометрическая сумма активной и реактивной мощностей:

S = = ×U₁×I₁

U₁‑ номинальное напряжение, I₁‑ номинальный ток; ‑ активная мощность; Q ‑ реактивная мощность.

10. Активная мощность двигателя ‑ мощность, связанная с преобразованием электроэнергии в механическую энергию.

P = U×I×cosj = I²×r = S× cosj.

j - угол сдвига между векторами напряжения и тока;

U,I ‑ действующие значения напряжения и тока.

11. Реактивная мощность двигателя ‑ мощность, связанная с созданием магнитных полей в обмотках двигателя и покрытием потерь на магнитные поля рассеяния.

Q = U×I×sinj = I²×x_l, x_l ‑ индуктивное сопротивление;

j - угол сдвига между векторами напряжения и тока;

U,I ‑ действующие значения напряжения и тока.

12. КПД двигателя ‑ отношение номинальной мощности двигателя к активной мощности.

h = [%].

13. Индуктивное сопротивление ‑ сопротивление обмоток двигателя, связанное с созданием вокруг них переменного магнитного поля.

x_l= 2pfL = wL,

f ‑ частота тока, Гц; w ‑ угловая частота, рад/с.

14. Переменные токи и напряжения:

f =, Гц - частота тока и напряжения двигателя

Мгновенные значения тока и напряжения: - значения тока и напряжения, определяемые для произвольного момента времени t.

i = I_msin(wt+Y_i), A,

u = U_m sin(wt+Y_u), B,

I_m,U_m ‑ амплитудные значения тока и напряжения;

Y_i, Y_u ‑ углы сдвига фаз тока и напряжения относительно начала координат;

Y_u‑ Y_i,=j ‑ угол сдвига фазы тока относительно фазы напряжения.

Действующие значения ‑ значения такого периодического тока, который производит тот же тепловой эффект, что и равный ему по величине постоянный ток. Эти значения являются среднеквадратичными значениями их мгновенных значений.

I = = 0,707×I_m, A;

U = = 0,707×U_m, B; I_m,U_m ‑ амплитудные значения тока и напряжения.

15. Режимы работы двигателей:

· продолжительный S1;

· кратковременный S2;

· прерывистый S3,S4,S5;

· продолжительный с периодической нагрузкой S6.

16. Преобразователь частоты (ПЧ) ‑ устройство для управления двигателями и позволяющее выполнять следующие основные функции:

- плавное регулирование скорости двигателя;

- возможность запитывать ПЧ однофазным или трёхфазным напряжением;

- управление временем разгона и замедления;

- управление торможением:

1. замедление переменным током;

2. торможение постоянным током;

- электронное реверсирование;

- увеличение мощности двигателя (87-герцовая характеристика);

- защитные функции по току, напряжению, температуре и др.

Основные компоненты ПЧ:

- выпрямитель ‑ служит для преобразования переменного напряжения сети (однофазного или трёхфазного) в постоянное напряжение;

- промежуточный контур ‑ служит для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. Состоит из сглаживающего конденсатора большой ёмкости и балластного резистора (для ограничения тока зарядки конденсатора);

- инвертор ‑ служит для инвертирования постоянного напряжения промежуточного контура в переменное по частоте и амплитуде напряжение при помощи силовых ключей (полевые или IGBT транзисторы) с использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Несущая частота при этом достигает 16 кГц.

Параметры, измеряемые в ПЧ для реализации защитных функций:

- напряжение промежуточного контура;

- ток между конденсатором и инвертором;

- сумма выходных напряжений;

- токи выходных фаз.

17. Буст ‑ увеличение входного напряжения двигателя для компенсации его падения на индуктивном сопротивлении обмотки статора на малых частотах.

18. Пульт управления (оператор) ‑ устройство для ввода параметров.

Типы операторов:

- цифровой;

- интерфейс-оператор;

- оператор с памятью (COMBICARD);

- интерфейсы (CAN; LON; InterBus; PropfiBus; LWL; BUS).

19. PLC ‑ программируемый контроллер.

20. Резольвер ‑ sin-cos датчик обратной связи для измерения скорости вращения ротора (аналог СКВТ).

21. Энкодер ‑ оптический датчик для измерения скорости вращения ротора посредством подсчёта числа импульсов в единицу времени. Используется в цепях обратной связи.

МЕТОД СВОБОДНОГО ВЫБЕГА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОМЕНТА ИНЕРЦИИ И МАХОВОГО МОМЕНТА ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями: