Кацман М. М.
Электрический привод
Учебное издание
ООО «Издательский центр «Академия»
2011
В учебнике изложены теория электрического привода и основы управления, составляющие традиционное содержание курса "Электрический привод". Учебник сопровождается примерами расчетов характеристик и параметров электропривода и расчетов, связанных с выбором электродвигателей. При изложении основ управления электроприводами, наряду с типовыми схемами релейно-контакторного управления, рассмотрены разомкнутые и замкнутые схемы автоматического регулирования с применением элементов, составляющих основу современного электропривода.
Для студентов образовательных учреждений среднего профессионального образования. Может быть полезен студентам вузов.
Редактор: Т. Ф. Мельникова
Технический редактор: О. С. Александрова
Компьютерная верстка: Г. А. Берковский
Корректоры: Л. А. Богомолова, В. А. Жилкина
Москва, ООО «Издательский центр «Академия», 2011
Содержание книги
Электрический привод
Предисловие
Введение
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Глава 1. Механика электропривода
1.1. Основные понятия
1.2. Основное уравнение движения электропривода
1.3. Приведение статических моментов сопротивления и моментов инерции к частоте вращения вала двигателя
Глава 2. Характеристики электроприводов с двигателями постоянного тока
2.1. Основные понятия
2.2. Механические характеристики электроприводов с двигателями постоянного тока независимого (параллельного) возбуждения
2.3. Расчет механических характеристик электроприводов с двигателями постоянного тока независимого (параллельного) возбуждения в основном (двигательном) режиме
2.4. Механические характеристики электроприводов с двигателями постоянного тока независимого (параллельного) возбуждения в тормозных режимах
2.5. Механические характеристики электроприводов с двигателями постоянного тока последовательного возбуждения
2.6. Электроприводы с двигателями постоянного тока последовательного возбуждения в тормозных режимах
2.7. Электропривод с двигателем постоянного тока смешанного возбуждения
2.8. Пуск электроприводов с двигателями постоянного тока
2.9. Регулирование частоты вращения электроприводов с двигателями постоянного тока
2.10. Импульсное регулирование электропривода с двигателем постоянного тока
2.11. Исполнительные двигатели постоянного тока
Глава 3. Характеристики электроприводов с двигателями переменного тока
3.1. Основные понятия и соотношения дли трехфазных асинхронных двигателей
3.2. Механические характеристики асинхронного двигателя в двигательном режиме
3.3. Электроприводы с асинхронными двигателями в тормозных режимах
3.4. Пуск электроприводов с асинхронными двигателями с фазным ротором
3.5. Пуск электроприводов с короткозамкнутыми асинхронными двигателями
3.6. Регулирование частоты вращения электроприводов с асинхронными двигателями
3.7. Электропривод с синхронным двигателем
3.8. Исполнительные асинхронные двигатели
3.9. Исполнительные шаговые двигатели
Глава 4. Переходные режимы в электроприводах
4.1. Основные понятия
4.2. Переходные процессы в электроприводе при линейной совместной характеристике
4.3. Переходные процессы в электроприводе при нелинейной совместной характеристике
4.4. Потери энергии в электроприводе при переходных режимах
Глава 5. Выбор двигателей для электроприводов и расчет их требуемой мощности
5.1. Двигатели общего и специального назначений
5.2. Нагревание и охлаждение электродвигателей
5.3. Конструктивные формы исполнения и способы охлаждения двигателей
5.4. Режимы работы электроприводов
5.5. Предварительный выбор двигателя
5.6. Проверка двигателей на достаточность пускового момента и перегрузочную способность
5.7. Расчет мощности двигателей для продолжительного режима работы
5.8. Расчет мощности двигателей для кратковременного режима работы
5.9. Расчет мощности двигателей для повторно-кратковременного режима работы
5.10. Проверка выбранного двигателя по нагреву
5.11. Электропривод с маховиком
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ. УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ
Глава 6. Устройства коммутации и защиты
6.1. Контактные коммутирующие устройства
6.2. Реле управления
6.3. Реле времени
6.4. Контакторы и магнитные пускатели
6.5. Бесконтактные коммутирующие устройства
6.6. Устройства зашиты
6.7. Силовые резисторы
6.8. Реостаты
Глава 7. Информационные устройства
7.1. Основные понятия
7.2. Электромашинные датчики
7.3. Электромагнитные датчики
7.4. Емкостные датчики
7.5. Датчики температуры
7.6. Контактные датчики давления и уровня дискретного действия
7.7. Исполнительные электромагнитные устройства
7.8. Муфты электроприводов
Глава 8. Преобразовательные устройства электроприводов
8.1. Основные понятия
8.2. Электромашинный преобразователь и система «генератор-двигатель»
8.3. Неуправляемые полупроводниковые выпрямители
8.4. Управляемые полупроводниковые выпрямители для электроприводов постоянного тока
8.5. Полупроводниковые преобразователи частоты переменного тока
8.6. Тиристорный регулятор напряжения переменного тока
8.7. Защитно-пусковые устройства для электроприводов переменного тока
8.8. Устройства импульсного управления электроприводами
Глава 9. Электродвигатели, совмещенные с полупроводниковым инвертором
9.1. Вентильный двигатель постоянного тока
9.2. Вентилыю-иидукторный привод
9.3. Асинхронный вентильный каскад
Глава 10. Разомкнутые системы управления автоматизированными электроприводами
10.1. Основные понятия
10.2. Типоные схемы автоматизированного управления пуском, реверсом и торможением электроприводов переменного тока
10.3. Типоные схемы автоматизированного управления пуском, реверсом и торможением электроприводов постоянного тока
10.4. Электропривод с «электрическим валом»
Глава II. Замкнутые системы управления автоматизированными электроприводами
11.1. Основные понятия
11.2. Замкнутые автоматизированные системы электропривода постоянного тока
11.3. Замкнутые автоматизированные системы электропривода переменного тока
11.4. Электропривод с программным управлением
11.5. Следящий электропривод с аналоговым управлением
11.6. Следящий электропривод с релейным управлением
11.7. Серводвигатели
11.8. Комплектные электроприводы
11.9. Понятие об устойчивости замкнутых систем автоматического регулирования
11.10. Адаптивные системы автоматического регулирования
11.11. Способы и средства энергосбережения в электроприводах
Приложения
Список литературы
Предметный указатель
ВВЕДЕНИЕ
Приведение в действие рабочих машин и механизмов осуществляется посредством приводов — устройств, преобразующих какой-либо вид энергии в механическую энергию движения.
Различают следующие приводы:
- тепловой, в котором механическую энергию получают путем преобразования тепловой энергии, полученной при сгорании топлива, например двигатель внутреннего сгорания;
- пневматический и гидравлический, в которых механическую энергию получают за счет энергии сжатого воздуха или жидкости под давлением;
- электрический, в котором механическую энергию получают путем преобразования электрической энергии;
- мускульный — ручной (например, ручная лебедка) или ножной (например, велосипед).
Из всех перечисленных приводов наибольшее распространение получил электрический привод. Это объясняется целым рядом преимуществ электропривода по сравнению с другими видами приводов: надежность и экономичность процесса преобразования электрической энергии в механическую, простота подачи электроэнергии к месту ее потребления, хорошие регулировочные свойства электропривода, экологическая чистота.
Электропривод — это электромеханическая система, осуществляющая преобразование электрической энергии в механическую энергию вращательного или поступательного движения и состоящая из взаимодействующих электромеханического преобразователя энергий, механического передаточного устройства и устройств управления.
В качестве электромеханических преобразователей энергии в электроприводах преимущественное применение получили электродвигатели.
Для пояснения принципа работы электропривода обратимся к его блок-схеме. Управляющий электрический сигнал Uy подается на преобразователь П, который в соответствии с сигналом иу осуществляет преобразование и передачу электроэнергии из питающей сети с постоянными параметрами напряжения Uc и частоты fc на вход электродвигателя М с требуемыми значениями напряжения U и частоты f. Электроэнергия, поступившая в двигатель М, преобразуется в механическую энергию вращения. Посредством соединительной механической муфты СМ вращательное движение вала двигателя передается рабочей машине (механизму) РМ, где оно сначала проходит через механическое передаточное устройство ПУ для получения требуемых значений вращающего момента и частоты вращения или преобразования вращательного движения в поступательное, затем механическая энергия подается на исполнительный орган ИО рабочей машины, выполняющей технологическую операцию.
В качестве механического передаточного устройства ПУ обычно применяют механические передачи, позволяющие изменять параметры вращательного движения — частоту вращения с соответствующим изменением момента. В качестве таких механических передач наибольшее применение получили: ременная, зубчатая цилиндрическая, зубчатая коническая, червячная передачи.
При необходимости получения значительного передаточного отношения применяют редуктор, представляющий собой многоступенчатую зубчатую передачу.
В некоторых приводах механическое передаточное устройство преобразовывает вращательное движение с угловой скоростью в поступательное с линейной скоростью v посредством винтовой пары («винт-гайка»), реечной передачи или кривошипно-шатунного механизма. В подъемных механизмах преобразование вращательного движении в поступательное осуществляется посредством лебедки, состоящей из барабана с наматывающимся на него тросом. Существуют электроприводы без механических передаточных устройств, например электропривод вентилятора, у которого вращение вала двигателя передается непосредственно на исполнительный орган (крыльчатку).
Управление электроприводами осуществляется посредством устройств, составляющих аппаратуру управления: коммутирующих, преобразовательных, измерительных и др. Будучи включенной по определенной схеме, эта аппаратура обеспечивает ручное или автоматизированное управление электроприводом.
В зависимости от способа передачи механической энергии от двигателя к передаточному устройству, а затем к исполнительному органу рабочей машины электроприводы разделяются на групповые, индивидуальные (одиночные) и многодвигательные.
В групповом электроприводе одним двигателем посредством трансмиссии приводятся в действие несколько рабочих машин. В настоящее время групповой электропривод имеет ограниченное применение из-за существенных недостатков: громоздкость и низкая надежность трансмиссии, сложность управления каждой из рабочих машин, входящих в групповой электропривод.
В индивидуальном электроприводе рабочая машина приводится в действие индивидуальным двигателем. Благодаря отсутствию недостатков, свойственных групповому электроприводу, индивидуальный электропривод получил наибольшее распространение.
Некоторые рабочие машины имеют несколько исполнительных органов: главный и вспомогательные. Поэтому даже при индивидуальном электроприводе механическая часть рабочей машины может оказаться усложненной несколькими передаточными устройствами. Например, в токарном станке главным движением является вращение шпинделя с обрабатываемым изделием, а перемещение режущего инструмента вдоль и поперек оси обрабатываемого изделия являются вспомогательными движениями. При индивидуальном электроприводе механическая часть такого станка усложнена передаточными устройствами от главного на вспомогательные движения. Этот недостаток отсутствует в многодвигательном электроприводе, где каждый исполнительный орган рабочей машины имеет свой индивидуальный двигатель, что позволяет упростить механическую часть рабочей машины за счет устранения элементов распределения механической энергии между ее исполнительными органами.
Кроме того, этот вид привода упрощает его автоматизацию за счет повышения управляемости отдельных элементов рабочей машины, снабженных индивидуальными двигателями. Многодвигательный электропривод обычно применяют в сложных агрегатах, имеющих несколько исполнительных органов (прокатные станы, подъемные краны, металлообрабатывающие станки и т.п.).
По виду приводного двигателя электроприводы разделяются на электроприводы постоянного тока с применением двигателей постоянного тока и электроприводы переменного тока с применением двигателей переменного тока (асинхронного или синхронного).
Управление электроприводами состоит в выполнении следующих операций: пуск, регулирование или поддержание неизменной скорости движения, торможение, реверсирование (изменение направления движения), остановка. Виды операций, их последовательность и продолжительность определяются требованиями технологических процессов, реализуемых в рабочей машине.
По способу управления электроприводы разделяются на ручной и автоматизированный. В ручном электроприводе все операции по управлению выполняются оператором вручную. В автоматизированном электроприводе операции управления выполняются без участия оператора, т.е. автоматически, с применением соответствующей аппаратуры.
Развитие и внедрение в производство автоматизированного электропривода с применением двигателей, обладающих высокими энергетическими параметрами, регулируемых преобразователей и надежной аппаратурой управления, способствуют повышению производительности труда и качества изготавливаемых изделий. В настоящее время разработаны и успешно применяются системы автоматизированного управления как отдельными рабочими машинами, так и комплексами таких машин, объединенных единым технологическим процессом.
Скачать учебник Электрический привод. Москва, ООО «Издательский центр «Академия», 2011
|
