Лекции по " Электроприводу и электрооборудованию"

 

В общем виде уравнение движения ЭП

±М±М_С=j .                                                    (4)

Выбор знаков  зависит от режима работы двигателя и характера  момента сопротивления.

 

3   Приведение  момента сопротивления и инерции

 

Уравнение движения ЭП справедливо  только в том случае, если входящие в него  моменты или усилия  взяты для одной какой-либо скорости. Иначе говоря, моменты  должны быть приведены к одной скорости. Обычно моменты приводят к скорости электродвигателя.

Приведенный М_с (момент сопротивления рабочей машины)  к скорости  электродвигателя  выполняют, исходя из равенства мощностей

М_с ω_д=М_мω_м,                                                     (5)

где  М_с – момент сопротивления механизма, приведенный к скорости

                 двигателя  ω_д;

        М_м - момент сопротивления машины   при скорости механизма ω_м;

откуда следует

М_с= М_м = ,                                                  (6)

где  - передаточное отношение между двигателем и рабочей

                         машиной.

С учетом потерь в передачах  коэффициентом полезного действия и нескольких промежуточных передач

М_с= М_м .                                           (7)

Последнее выражение справедливо  только в том случае, если энергия передается от двигателя к рабочей машины (двигательный режим). Когда же электрическая машина работает в режиме торможения – КПД в формуле 7 необходимо перенести в числитель.

 

В уравнении движения ЭП момент инерции  представлен одним значением, хотя  каждый  агрегат характеризуется собственным значением момента инерции. Поэтому в уравнение движения ЭП необходимо подставлять приведенный  момент инерции системы рабочая машина – двигатель.

Под приведенным моментом инерции  системы понимают такой момент инерции, который при скорости приведения обладает тем же запасом кинетической энергии,  что и момент инерции частей системы при фактической скорости их движения

При определении приведенного момента  инерции необходимо исходить из того, чтобы запас кинетической энергии системы оставался неизменным.

Запас кинетической энергии  для рисунка 1

    ,                               (8)

где j_пр, j_д, j₁, j₂ – соответственно приведенный к скорости двигателя

                              момент инерции системы, момент инерции двигателя и

                              шестерни на       его  валу, моменты инерции элементов

                              передачи, совершающих вращательное  движение со 

                              скоростями w_1, w₂;

        m – масса элементов, движущихся поступательно со скоростью V.

 

 

 

 

          

                                                                

 

 

 

 

 

Рисунок 1 – Кинематическая схема  системы двигатель –  машина

 

Решив уравнение (7) относительно j_пр, получим

j_пр=j_д+j₁ +j₂ +m ,                                              (8)

 

заменив отношение скоростей соответствующими передаточными отношениями, найдем

j_пр=j_д+ + +m .                                               (9)

Иногда в каталогах  для электродвигателей указывается  маховой момент GD²,(кгс·м²).

В этом случае момент инерции ротора

J_ротора= ,                                               (10)

где D-диаметр   инерции, м;

G-сила тяжести (вес) кгс. Момент инерции (кг·м²)  сплошного цилиндра с массой m равен

j= ,                                                   (11)

где R –радиус цилиндра.

Моментом инерции  тела относительно оси, проходящей через  центр тяжести, называют сумму произведения масс (m_i) отдельных частиц тела на квадрат расстояния (R²_i) от соответствующей частицы до оси вращения, взятую для всего тела

 

4 Способы   уменьшения потерь энергии в ЭП

 

При  проектировании и  эксплуатации разного рода электроприводов необходимо учитывать потребление и потери электроэнергии, влияние ЭП на сеть и другие электроприемники. Оценка этих свойств осуществляется с помощью так называемых  энергетических  показателей: коэффициента полезного действия,  коэффициента мощности, потерь мощности и энергии.

Потери мощности и  энергии в ЭП складываются из потерь в электродвигателе, механической передаче, преобразователе, системы управления, однако основными являются потери  в электродвигателе, которым и уделяется  основное внимание.

  С целью уменьшения потерь энергии в период пуска или торможения двигатели к рабочим машинам подбирают таким образом, чтобы приведенный момент инерции привода при одной и той же скорости был наименьшим. Это реализуется  за счет применения малогабаритных двигателей, имеющих пониженный J (двигатели с повышенным отношением длинны якоря к его диаметру, с полым или дисковым якорем). Целесообразно использование двух двигателей половинной мощности. Расчеты показывают; что ∑J двух двигателей половинной мощности оказывается меньше момента инерции одного двигателя на полную мощность. Например, два двигателя типа 4АН200 мощностью по 45 кВт имеющий суммарный момент инерции 2*1,38=2,76 кг*м². Двигатель 4АН250 мощностью 90 кВт на ту же скорость имеет j=3,53 кг*м², т.е. почти на 30% больше.

  Другой способ уменьшения  потерь ЭП – регулирование  скорости  идеального  холостого  хода,  что хорошо реализуется  в ступенчатом пуске ЭП (для АД – регулирование частоты вращения с помощью частоты питающего тока или числа пар полюсов; для ДПТ – регулирование частоты вращения с помощью напряжения).

При ступенчатом пуске отмечается снижение потерь электрической энергии  в 2 раза.

  За счет изменения в переходном процессе w₀ снижаются потери энергии в роторе АД. Уменьшение потерь энергии в роторе вызовет и снижение потерь в статоре и полных потерь в АД. Приведенный момент инерции ЭП зависит не только от момента инерции двигателя или рабочей машины, но и от передачи отношения между ними. Для уменьшение потерь энергии при пуске, передаточное отношение – i следует выбирать исходя из получения минимального приведенного момента инерции ЭП и проверять экономическим расчетом.

5  КПД  ЭП

 

В общем случае, когда ЭП работает с различными скоростями и нагрузками на валу

,                              (13)

где А_пол, А_потр – полезная и потребляемая энергия,

       ∆А  – потери энергии в  ЭП,

       Р_полi – полезная механическая мощность ЭП на i-ом участке цикла,

       ∆Р  – потери мощности в ЭП на i-ом участке цикла,

       n – число участков работы ЭП.

Такой КПД называют цикловым или средневзвешенным.

 Если ЭП работает  в неизменном режиме с постоянной  мощностью

.                                                 (14)

   КПД ЭП, как электромеханическая система определяется произведением преобразователя, управляющего устройства, электродвигателя и механической передачи  η_эп=η_п*η_уу*η_эд*η_мп.

Наиболее значимой величиной  является  КПД двигателя, который  растет с увеличением мощности и  частоты вращения (рисунок 2).

 

 

 

 

 

 

   

 

КПД зависит также от развиваемой  им полезной механической мощности на валу (рисунок 3).

Способы повышения КПД:

-    ограничение  времени работы на холостом  ходу;

• обеспечение нагрузки близкой к номинальной (в том числе путем замены малонагруженного двигателя на двигатель меньшей мощности (должно быть экономически обоснованно));
• выбор высокочастотных электродвигателей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cos ЭП. ЭП, подключаемый к сети переменного тока, потребляют активную Р и реактивную Q мощность. Активная мощность расходуется на осуществление электроприводом полезной работы и покрытие потерь в нем, а реактивная мощность обеспечивает создание электромагнитного поля двигателя и непосредственно полезной  работы не производит.

  Работа ЭП,  как  и любого другого потребителя характеризуется коэффициентом мощности

сos = ,                                         (15)

  где  S – полная мощность.

  Если Q не потребляется, то   сos =1 (т.к. сдвиг фаз =0). Потребляя Q   ЭП дополнительно загружает систему электроснабжения, вызывая дополнительные потери напряжения и энергии, поэтому cos должен стремится к единице. Достаточно часто, коэффициент мощности повышают  компенсацией реактивной мощности статическими конденсаторами (в данном случае  реактивная мощность для создания электромагнитного поля  осуществляется от конденсаторов, расположенных непосредственно у АД).

Значение коэффициента мощности в значительной степени зависит  от мощности, частоты вращения и загрузки электродвигателя (рисунок 4,5).

Таким образом,  основными мероприятиями  по повышению  cos являются

• естественные:

1. выбор двигателя в строгом соответствии с потребляемой мощностью рабочей машины;

2. выбор высокоскоростных двигателей;
3. при эксплуатации, уменьшение времени холостого хода;

-   искусственные:

    1)   использование  статических конденсаторов и  синхронных компенсаторов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лекция  4

Механические  и  электромеханические  характеристики  двигателя постоянного тока параллельного (независимого) возбуждения (ДПТ НВ)

Вопросы

1) Общие сведения, способы подключения ДПТ НВ (достоинства,  недостатки двигателя)

2) Выводы уравнений механических  и электромеханических характеристик ДПТ НВ

3. Способы регулирования частоты вращения ДПТ НВ

4) Механические характеристики  в тормозных режимах

 

 

1. Общие сведения по ДПТ НВ, достоинства и недостатки

 

Электропривода с ДПТ НВ являлись до недавнего времени основным видом регулируемого ЭП с достаточно высокими показателями качества.

Наиболее распространенной серией двигателя постоянного тока остается серия – 2П в диапазоне мощностей от 0,13 до 200 кВт различного исполнения. Усовершенствование  двигателей привело к  разработке новой серии – 4П с улучшенными удельными показателями, где по сравнению с серией 2П снижена трудоемкость изготовления в 3 раза при уменьшении расхода меди на 30%. Для крановых механизмов выпускаются двигатели серии Д,  для металлорежущих станков серии – ПБСТ, ПГТ.

Схемы включения ДПТ  параллельного и независимого возбуждения  представлены на рисунке 1.

          

                                                                                                                                           

                                                                 

                    

 

                                                                        

                                                                                         

                                

Рисунок 1 – Схемы подключения  ДПТ параллельного и независимого возбуждения

 

Питание может осуществляться как  от общего источника питания, так  и независимо.

 Способ возбуждения определяет  электромеханические свойства двигателя.