Шпаргалка по "Безопасности жизнедеятельности"

Важно отметить, что при  оценке допустимой нагрузки должны быть учтены условия охлаждения двигателей. В частности, если при снижении скорости двигателя ухудшаются условия его  охлаждения (двигатели с самовентиляцией), то по соображениям допустимой нагрузки двигатель должен работать с током, меньше номинального.

-Экономичность регулирования скорости. Одни и те же показатели регулирования скорости - диапазон, стабильность, плавность - могут быть обеспечены различными ЭП и способами регулирования их скорости. Для выбора наиболее рационального вида регулируемого ЭП используются различные технико-экономические показатели: капитальные затраты на реализацию, эксплуатационные расходы, срок окупаемости, надежность, удобство и простота эксплуатации, серийность и унификация средств управления и т.д. В результате анализа всех возможных вариантов выявляется экономически обоснованное решение.

Обычно сопоставление  вариантов регулируемого ЭП производится по капитальным затратам и эксплуатационным расходам с учетом срока окупаемости. Если капитальные затраты на реализацию ЭП окупаются за счет сокращения расходов при его эксплуатации за заданный срок окупаемости, то такое техническое решение считается экономически обоснованным. Могут использоваться и другие технико-экономические показатели.

Сопоставление и экономическая  оценка различных способов регулирования  скорости ЭП правомочны только в том  случае, когда все они обеспечивают в равной степени заданные технологические процессы рабочей машины.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2.  Регулирование момента и тока двигателей.

При формировании заданного  графика движения исполнительных органов, например кабины пассажирского лифта, возникает необходимость обеспечения требуемого ускорения и замедления. В соответствии с выражениями (2.3) и (2.4) это реализуется за счет регулирования прикладываемого к исполнительным органам со стороны ЭП момента или усилия.

В некоторых технологических  процессах (прокатка металла, изготовление проводов и кабелей, бумажное и текстильное  производства) требуется, чтобы на ИО рабочих машин создавалось необходимое натяжение в обрабатываемом материале или изделии, которое обеспечивается с помощью ЭП за счет регулирования создаваемого им момента или усилия.

Ограничение момента ЭП требуется  также для предотвращения поломки рабочей машины или механической передачи при внезапном стопорении (прекращении) движения исполнительных органов (например, при копании грунта экскаватором, бурении скважин, заклинивании механической передачи и т.д.).

Регулирование (ограничение) тока и момента двигателей требуется также и для обеспечения нормальных условий работы самих двигателей. Так, в динамических режимах ток якоря двигателей постоянного тока обычного исполнения по соображениям нормальной работы их коллекторно-щеточного узла должен быть ограничен на уровне двух-трех раз от его номинального значения. Необходимость ограничения тока возникает и в случае пуска мощных двигателей постоянного и переменного токов, когда большие пусковые токи двигателей могут привести к недопустимому снижению напряжения питающей сети.

Каким же образом можно  изменять момент двигателя? Для этого  необходимо обратиться к формуле, определяющей развиваемый электрическими двигателями  момент М как произведение магнитного потока Ф и тока якоря 1:

где k - конструктивный коэффициент двигателя.

В соответствии с этой формулой регулирование (ограничение) момента  может быть достигнуто за счет изменения  тока I или магнитного потока Ф. На практике регулирование момента чаше всего осуществляется за счет регулирования тока. Основным показателем для оценки того или иного способа регулирования (ограничения) момента является точность поддержания заданного усилия или момента.

Регулирование тока двигателя  производится его системой управления (или оператором) за счет изменения подводимого к двигателю напряжения с помощью преобразователей электроэнергии или включением в его цепи добавочных резисторов. Отметим при этом, что регулирование тока и момента может осуществляться только в динамическом (переходном) режиме ЭП, поскольку в установившемся режиме ток и момент двигателей определяются их механической нагрузкой.

Для анализа возможности  регулирования тока используется электромеханическая  характеристика двигателя, которая  представляет собой зависимость его скорости от тока . Для двигателей постоянного тока независимого возбуждения его электромеханическая характеристика является зависимостью скорости от тока якоря и при постоянном (нерегулируемом) магнитном потоке повторяет механическую. Для асинхронного двигателя электромеханическая характеристика представляет собой зависимость его скорости от тока статора или ротора, а для синхронного двигателя - зависимость его скорости от тока статора.

На рис. 3.2, а для примера показаны электромеханические и механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения, позволяющие регулировать (ограничивать) ток 1 и момент М при пуске с помощью добавочного резистора в цепи якоря. Резистор включается в цепь двигателя на период пуска (характеристика 1), а затем при достижении двигателем скорости W2 закорачивается (шунтируется) с помощью коммутационных аппаратов, и двигатель переходит на ОСНОВНУЮ характеристику 2. Как видно из рис. 3.2, а, регулирование тока и момента производится ступенчато в пределах   и характеризуется невысокой точностью.

 

 

Рис. 3.2. Характеристики двигателя  при ограничении тока и момента:

а - с помощью резисторов; б - в системе «преобразователь - двигатель»; 1- с резистором в цепи якоря; 2 - без резистора в цепи якоря; 3. 4 - соответственно вертикальный и горизонтальный участки характеристики в замкнутой системе.

Для повышения точности необходимо использовать несколько ступеней резисторов и несколько пусковых характеристик, в этом случае ток I и момент М будут изменяться в меньших пределах. данный способ характеризуется простотой реализации, но отличается малой точностью.

Наибольшая точность может  быть получена в замкнутой системе «преобразователь - двигатель» за счет регулирования подводимого к двигателю напряжения. В таком ЭП может быть получена изображенная на рис. 3.2, б характеристика, наличие участка 3 которой обеспечивает ограничение тока и момента двигателя. В пределе участок 3 характеристики может быть получен в виде вертикальной линии, что определит максимально возможную точность регулирования тока и момента.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3.  Регулирование положения.

Обеспечение технологических  процессов ряда рабочих машин  требует перемещения их исполнительных органов в заданную точку пространства и их установку там (фиксирование) с заданной точностью. К таким рабочим машинам и механизмам относятся роботы и манипуляторы, подъемно-транспортные механизмы, клапаны, задвижки, механизмы подач станков и др. Перемещение и установка исполнительных органов в заданное положение носит название позиционирования, а обеспечивающие эти операции ЭП называются позиционными. Позиционирование обеспечивается соответствующим регулированием положения вала двигателя и может осуществляться по двум вариантам.

Рис. 3.3. Оптимальные графики  движения при регулировании положения:

1 - график момента; 2 - график скорости; 3 - график угла поворота вала двигателя.

В случаях невысоких требований к точности позиционирование осуществляется с помощью путевых или конечных выключателей. Выключатели устанавливаются  в заданных позициях и при подходе к ним исполнительного органа производятся отключение двигателя и остановка исполнительного органа. Такой принцип позиционирования находит применение, например, для обеспечения точной остановки кабин лифтов массового применения.

При необходимости обеспечения  высокой точности позиционирования формируется оптимальный (или близкий к нему) график угла поворота вала двигателя во времени . Такой график, показанный в виде кривой 3 на рис. 3.3, состоит из трех участков: разгона, движения с установившейся скоростью и торможения. Для его получения должны быть сформированы соответствующие графики момента двигателя M(t) (кривая 1) и скорости w(t) (кривая 2). Они позволяют реализовать так называемое оптимальное по быстродействию позиционирование, при котором обеспечиваются высокая точность и малое время позиционирования.

Рассмотренное позиционирование реализуется в замкнутой системе  «преобразователь- двигатель» с использованием обратных связей по току, скорости и положению. Отметим, что при небольших перемещениях участок установившегося движения на графике может отсутствовать.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.1. Регулирование переменных электропривода с ДПТ с помощью резисторов в цепи якоря.

 Включение резисторов в цепь якоря двигателя влияет как на электромеханическую, так и на механическую характеристики двигателя и может использоваться как для регулирования скорости, так и для ограничения тока и момента двигателя в переходных процессах, в частности при его пуске. Этот способ, отличаясь простотой реализации, применяется при невысоких требованиях к качеству регулирования переменных.

Для получения искусственных (регулировочных) характеристик двигателя  проведем следующий анализ. Из   (4.7) видно, что скорость Wo не зависит от Rд , а наклон характеристик, как это следует из    (4.8), тем больше, чем больше Rд . Это позволяет изобразить искомое семейство характеристик в виде совокупности линий (рис. 4.4) различного наклона (жесткости), проходящих через одну и ту же точку на оси скорости с ординатой Wo.

Характеристика 1 соответствует  случаю Rд = О и является естественной, искусственные характеристики 2 ... 4 построены при наличии в цепи якоря резисторов с сопротивлениями соответственно .

Регулирование скорости данным способом характеризуется следующими показателями. Диапазон регулирования скорости небольшой и обычно не превосходит 2-3. Одна из причин этого заключается в снижении жесткости характеристик по мере увеличения Rд . Направление регулирования скорости - вниз от естественной характеристики. Плавность регулирования скорости определяется характером изменения Rд. Если сопротивление этого резистора изменяется плавно, то данный способ обеспечивает плавное регулирование скорости. Чаще всего рассматриваемый способ обеспечивает ступенчатое регулирование скорости. Стабильность скорости снижается по мере увеличения диапазона регулирования, так как уменьшается жесткость регулировочных характеристик.

Рис. 4.4. Характеристики двигателя  при различных сопротивлениях добавочнго резистора в цепи якоря;

Экономичность регулирования  скорости оценим, сопоставив требуемые капитальные затраты на реализацию данного способа и стоимость потерь мощности (энергии) при регулировании. Капитальные затраты на приобретение добавочных резисторов небольшие, так как их стоимость невелика.

В то же время потери мощности и соответственно потери электрической энергии и ее стоимость оказываются существенными. Убедимся в этом, оценив потери мощности в цепи якоря - основную долю потерь в двигателе.

Потери мощности в цепи якоря  определяются разностью мощностей: потребляемой из сети и полезной механической на валу  

 

Допустимую нагрузку двигателя  при его работе на искусственных характеристиках определяют исходя из номинального тока, при котором двигатель не будет перегреваться выше нормы. Так как при данном способе регулирования магнитный поток не изменяется и равен номинальному, то подстановка в формулу

Выражение (4.12) показывает, что  при рассматриваемом способе регулирования скорости двигатель может без перегрева работать на любой искусственной характеристике с моментом нагрузки, равным номинальному. Отметим, что способы регулирования скорости, характеризующиеся , получили в теории ЭП название «регулирование скорости при постоянном моменте».

Рассмотренный способ применяется  для регулирования скорости движения исполнительных органов при небольших диапазонах или кратковременной работе на пониженных скоростях.

Рассмотрим порядок построения пусковой диаграммы, если заданы и число характеристик (ступеней пускового резистора) m = 2 (рис. 4.6, а).

Строится естественная характеристика 1 двигателя.

Проводится вертикальная линия, соответствующая абсциссе I1 = IДОII или М1 = Мдоп. Через точки а и b с координатами и (О, I1) проводится искусственная (реостатная) характеристика З, соответствующая включению в цепь якоря обеих ступеней пускового резистора (рис. 4.6, б). Определяется ток переключения по приближенному соотношению и проводится вертикальная линия, соответствующая этому току. Через точку с пересечения этой линии с характеристикой 3 (см.' рис. 4.6, а) проводим горизонтальную линию до ее пересечения в точке d с вертикалью, имеющей абсциссу I1. Через точки а и d проводится искусственная (реостатная) характеристика 2, а через точку е еще одна горизонталь до пересечения ее в точке f с естественной характеристикой 1. Для точного попадания точек с, d, е, f на вертикали с абсциссами I1 и I2 производится подбор величины тока I2.

Пуск двигателя начинается по характеристике З. При скорости W1, когда ток снизится до значения I2 ключом Kl закорачивается Rдl и двигатель переходит на характеристику 2, по которой продолжает свой разбег. При скорости W2  ключом К2 закорачивается Rд2 и двигатель выходит на естественную характеристику 1.

 

Рис. 4.6. Пусковая диаграмма  двигателя (а) и схема включения  пусковых резисторов (б):