Совершенствование электрических двигателей в системах автоматизированного электропривода

Преимущества автоматизированного электропривода

Автоматизированный электропривод обладает следующими достоинствами:

  • улучшает потребительские качества;
  • регулирует скорость, интенсивность разгонов и задает оптимальные режимы для большинства механики;
  • при необходимости электропривод можно интегрировать в сеть с сервером сбора анализа данных с возможностью удаленного доступа.

У многих на сегодняшний день существует ошибочное мнение, что электропривод выполняет определенную работу, но на самом деле это совершенно не так. В систему электропривода входит не только электродвигатель, но и редуктор, система управления и разнообразные реле. Эта система является не электрической, а электромеханической. Также она может быть регулируемой или нерегулированной.

Пуск с помощью пускового реостата

В этом случае в цепь вводится переменное сопротивление, которое на начальном этапе обеспечивает снижение токовой нагрузки, пока вращение ротора не достигнет установленных оборотов. По мере стабилизации ампеража до стандартной величины в реостате уменьшается сопротивление от максимального значения до минимального.

Расчет электрической величины в этом случае будет производиться по формуле:

В лабораторных условиях уменьшение нагрузки может производиться вручную – посредством перемещения ползунка реостата. Однако в промышленности такой метод не получил широкого распространения, так как процесс не согласовывается с токовыми величинами. Поэтому применяется регулировка по току, по ЭДС или по времени, в первом случае задействуется измерение величины в обмотках возбуждения, во втором, на каждую ступень применяется выдержка времени.

Оба метода используются для запуска электродвигателей:

  • с последовательным;
  • с параллельным возбуждением;
  • с независимым возбуждением.

Запуск ДПТ с параллельным возбуждением

Такой запуск электродвигателя осуществляется посредством включения и обмотки возбуждения, и якорной к напряжению питания электросети, друг относительно друга они располагаются параллельно. То есть каждая из обмоток электродвигателя постоянного тока находятся под одинаковой разностью потенциалов. Этот метод запуска обеспечивает жесткий режим работы, используемый в станочном оборудовании. Токовая нагрузка во вспомогательной обмотке при запуске имеет сравнительно меньший ток, чем обмотки статора или ротора.

Для контроля пусковых характеристик сопротивления вводятся в обе цепи:

Рис 1. Запуск ДПТ с параллельным возбуждением

На начальном этапе вращения вала позиции реостата обеспечивают снижение нагрузки на электродвигатель, а затем их обратно выводят в положение нулевого сопротивления. При затяжных запусках выполняется автоматизация и комбинация нескольких ступеней пусковых реостатов или отдельных резисторов, пример такой схемы включения приведен на рисунке ниже:

Рис. 2. Ступенчатый пуск двигателя параллельного возбуждения

  • При подаче напряжения питания на электродвигатель ток, протекающий через рабочие обмотки и обмотку возбуждения, за счет магазина сопротивлений Rпуск1, Rпуск2, Rпуск3 нагрузка ограничивается до минимальной величины.
  • После достижения порогового значения минимума токовой величины происходит последовательное срабатывание реле K1, K2, K3.
  • В результате замыкания контактов реле K1.1 шунтируется первый резистор, рабочая характеристика в цепи питания электродвигателя скачкообразно повышается.
  • Но после снижения ниже установленного предела замыкаются контакты K2.2 и процесс повторяется снова, пока электрическая машина не достигнет номинальной частоты вращения.

Торможение электродвигателя постоянного тока может производиться в обратной последовательности за счет тех же резисторов.

Популярные статьи  Подземные подстанции

Запуск ДПТ с последовательным возбуждением

На рисунке выше приведена принципиальная схема подключения электродвигателя с последовательным возбуждением. Ее отличительная особенность заключается в последовательном соединении катушки возбуждения Lвозбуждения и непосредственно мотора, переменное сопротивление Rякоря также вводится последовательно.

По цепи обеих катушек протекает одинаковая токовая величина, эта схема обладает хорошими параметрами запуска, поэтому ее часто используют в электрическом транспорте. Такой электродвигатель запрещено включать без усилия на валу, а регулирование частоты осуществляется в соответствии с нагрузкой.

Пуск ДПТ с независимым возбуждением

Подключение электродвигателя в цепь с независимым возбуждением производится путем ее запитки от отдельного источника.

Рис. 4. Запуск ДПТ с независимым возбуждением

На схеме приведен пример независимого подключения, здесь катушка Lвозбуждения и сопротивление в ее цепи Rвозбуждения получают питание отдельно от обмоток двигателя током независимого устройства. Для обмоток двигателя также включается регулировочный реостат Rякоря. При этом способе запуска машина постоянного тока не должна включаться без нагрузки или с минимальным усилием на валу, так как это приведет к нарастанию оборотов и последующей поломке.

Разновидности электроприводов

Не автоматизированный электропривод

При работе подобного устройства все действия по регулировке определенных координат будут выполняться только вручную. Соответственно для работы подобных устройств необходим оператор, который будет следить за работой. Одним из таких устройств является крановый электропривод. Все действия, которые он осуществляет выполняются только оператором.

Автоматизированный электропривод

В автоматизированных приводах присутствуют сигналы обратной связи по координатам или параметрам. Ниже вашему вниманию представлено фото структурной схемы, с помощью которого вы более детально ознакомитесь со всеми процессами.

Схема автоматизированного электропривода

Вот обозначения всех элементов, которые присутствуют на этой схеме:

  • ЗА – защитная аппаратура;
  • ПЭЭ – преобразователь электрической энергии;
  • ДТ – токовый датчик;
  • ДН – датчик напряжения;
  • СУ ПЭЭ – это система управления преобразователем;
  • ПУ – пульт управления;
  • ПМ – передаточный механизм;
  • РО – рабочий орган;
  • ЭД – электродвигатель.

Благодаря такой структуре СУ ПЭЭ управляет не только преобразователем, но и всей системой одновременно. Датчики обратной связи при таком управлении также позволяют обеспечить контроль за параметрами и дают сигналы об этом оператору. Некоторые операции подобная система способна выполнять в автоматическом режиме. Однако все же потребуется присутствие оператора, который осуществит контроль за всеми процессами.

Например, оператор может потребоваться в том случае, если вы решили пуск много конвейерной линии, где конвейеры будут запускаться по очереди. Остановка также должна осуществляться оператором. Как видите, все сигналы обратной связи будут поступать на пульт оператора, который наблюдает за технологическим процессом. Часть из них будет приходить на СУ ПЭЭ для осуществления основных защит и отработки некоторых изменений. Если интересно, тогда можете прочесть про тротуарную плитку, которая генерирует электроэнергию.

Автоматический электропривод

За автоматическим электроприводом не нужно наблюдать оператору, так как он работает полностью в автоматическом режиме. Ниже вы можете увидеть схему, по которой будет осуществляться работа этого устройства.

Совершенствование электрических двигателей в системах автоматизированного электропривода

Схема автоматического электропривода

Исходя из структурной схемы можно сделать вывод о том, что в АСУ ТП приходят все датчики обратной связи. В дальнейшем с помощью этой системы будет происходить обработка сигналов от датчиков и выдача управляющих сигналов для подсистем. Эта структура управления на сегодняшний день является достаточно удобной. Она не требует постоянного внимания оператора и все технологические процессы осуществляются в автоматическом режиме. Например, полностью в автоматическом режиме могут работать модернизированные шахтные подъемные машины.

Популярные статьи  Почему не нажимается белая кнопка на пробке электросчетчика?

Особенности совершенствования механических преобразователей движения

Проблема развития электротехнического оборудования требует комплексного подхода, поэтому одновременно решается вопрос совершенствования механических преобразователей движения. Здесь прослеживаются две тенденции:

  • упрощение конструкции механических устройств;
  • усложнение электротехнических составляющих.

Сейчас проектирование технологического оборудования базируется на «коротких» механических передачах и использовании безредукторных электроприводов. В отличие от протяженных механических передач, в их «коротких» вариантах отсутствуют упругие механические колебания, ограничивающие полосу пропускания частот. Таким образом становится возможным повышение уровня надежности механизмов и улучшение качественных показателей систем управления.

В линейных электродвигателях отсутствуют и редуктор, и устройства, предназначенные для преобразования вращательного движения ротора в поступательное движение рабочих узлов машины. Электрический привод с линейным двигателем, встроенный в конструкцию механизма, упрощает его кинематику и оптимизирует поступательное движение рабочих органов.

В качестве примеров устройств со встроенными электродвигателями можно привести:

  • Многие виды электроинструментов.
  • Подъемные лебедки, где барабан, служащий ротором, конструктивно объединен с двигателем.
  • Двигатели приводов манипуляторов и роботов, встроенные в шарнирные соединения, и т.д.

При разработке и конструировании мотора-колеса в тягловом электроприводе, челнока в ткацкой машине, электрошпинделя в шлифовальном станке и т.п. инженеры все чаще используют идею интеграции рабочего органа, устройства управления и электромеханического преобразователя. Это обосновано:

  • меньшей материалоемкостью интегрированных электроприводов;
  • более высокими энергетическими показателями машины;
  • компактностью и удобством в эксплуатации.

Для успешного воплощения этих замыслов команде специалистов разных профилей необходимо провести комплексные экспериментальные и теоретические исследования, проделать сложную работу по оптимизации параметров и получить требуемые оценки надежности.

К элементам автоматизации производства относят:

  • Станки с ЧПУ;
  • Промышленные роботы;
  • Роботизированные технологические комплексы;
  • Комплексные шкафы управления;
  • Гибкие производственные системы;
  • Автоматизированные складские системы;
  • Системы контроля качества на базе ЭВМ;
  • Система автоматического проектирования (англ. Computer-aided Design, CAD) используется проектировщиками при разработке новых изделий и технико-экономической документации.

Система автоматизированного проектирования реализует информационную технологию выполнения функций проектирования, представляет собой организационно-техническую систему, предназначенную для автоматизации процесса проектирования, состоящую из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности. Также для обозначения подобных систем широко используется аббревиатура САПР. Первая советская/российская система автоматизированного проектирования была разработана в конце 80-х годов XX века рабочей группой Челябинского политехнического института, под руководством профессора Кошина.

Планирование и увязка отдельных элементов плана с использованием ЭВМ — Computer-Aided Process Planning (CAPP), автоматизированная технологическая подготовка производства — это программные продукты, помогающие автоматизировать процесс подготовки производства, а именно планирование (проектирование) технологических процессов.

Автоматизация какого-либо технологического процесса (АСУ ТП) слагается из следующих элементов: автоматизация контроля, регулирования и защиты.

Автоматизация контроля — обеспечивает систематическое наблюдение за ходом процесса при помощи указывающих самопишуших регистрирующих приборов.

Автоматизация управления процессом заключается в автоматическом пуске, останове, изменении скорости и реверсировании механизмов с требуемой последовательностью. Автоматизация управления часто сопровождается блокировкой, которая на допускает неправильных операций.

Автоматизация регулирования осуществляет рациональное протекание процесса в функции технологических параметров с заданной точностью, недостижимой при регулировании вручную. Таково, например, автоматическое регулирование температуры пресс-форм в трикотажном или меховом производстве.

Автоматизированные электроприводы

1.
Проектирование функциональной схемы АЭП. Расчет и выбор элементов силовой цепи

1.1 Проектирование функциональной схемы АЭП

.2
Трехфазный мостовой выпрямитель

.3
Выбор тиристоров по току

1.4
Выбор силового трансформатора

Популярные статьи  Как подключить светильник, если есть только фазный провод?

2.
Расчет и построение механических и электромеханических характеристик АЭП

.
Расчет и построение характеристик управления системы управления вентилями,
вентильного комплекта, управляемого преобразователя энергии

.1
Расчет и построение характеристик управления системы управления вентилями

.2
Расчет и построение характеристик управления вентильного комплекта

.3
Расчет и построение характеристик управления преобразователя

.
Имитационное моделирование и исследование в установившихся режимах системы
электропривода

5. Расчет зависимости
 при изменении напряжения управления по
заданному закону

6.
Расчет и выбор датчиков координат АЭП, проектирование их принципиальных схем и
схем подключения к АЭП

.1
Проектирование принципиальной схемы датчика тока

.2
Проектирование датчика скорости

.
Расчет параметров регуляторов тока и скорости, проектирование их принципиальных
схем и схем подключения к АЭП

.1
Расчет регулятора тока

.2
Расчет регулятора скорости

Список
литературы

1. Проектирование функциональной схемы АЭП. Расчет и выбор
элементов силовой цепи

1.1 Проектирование функциональной схемы АЭП

Совершенствование электрических двигателей в системах автоматизированного электропривода

Рисунок 1 — Функциональная схема АЭП.

На рис. 1 представлена функциональная схема
автоматизированного электропривода. В нее входят такие блоки как:

СИФУ — система импульсно-фазового управления

ДТ — датчик тока

ДС — датчик скорости

РТ — регулятор тока

РС — регулятор скорости

ЗЭ — задающий элемент- тахогенератордр
сглаживающий дроссель- трансформатор

.2 Трехфазный мостовой выпрямитель

СИФУ предназначено для выполнения двух функций:

. Определение моментов времени в которые должны быть включены
те или иные конкретные вентили. Эти моменты времени задаются величиной Uупр,
которое подается на вход СИФУ и определяет значения выходных параметров
преобразователя.

. Формирование открывающих импульсов передающихся в нужные
моменты времени на управляющие электроды тиристоров и имеющие достаточную
длительность и мощность.

Датчики тока предназначены для получения информации о
величине и направлении Iдв. К датчикам тока предъявляются следующие требования:

1.  Линейность характеристики управления в диапазоне
изменения тока (0,1…5,0) Iн не менее 0,9.

2.      Наличие гальванической развязки силовой цепи и цепи
системы управления.

.        Высокое быстродействие.

Датчики скорости предназначены для получения электрического
сигнала пропорционального угловой скорости ротора двигателя. Для этих целей
используются тахогенераторы и импульсные датчики скорости.

К датчикам скорости предъявляются жесткие требования к
линейности характеристики управления, стабильности выходного напряжения и
уровню его пульсаций, т.к. их параметры определяют как статические так и
динамические показатели привода в целом.

Трехфазный мостовой выпрямитель предназначен для питания
якорной цепи двигателя постоянного тока.

Для указанного в задании двигателя 2ПБ200LУХЛ4 с Pном=15
кВт, Uном=220 В из справочника выписываем следующие данные:

.1 Расчет и построение характеристик управления системы управления вентилями

Характеристика управления представляет собой зависимость угла
открывания тиристоров от напряжения управления

.

Характеристика управления СИФУ описывается уравнением:

И строится согласно выражению:

,

где  — напряжение смещения.

Задано, что опорное напряжение положительное пилообразное.

 — начальный угол открывания тиристоров, соответствующий . Для 3-фазнай мостовой схемы при работе в
режиме непрерывного тока принимаем:

.

Углы открывания ограничиваются предельными углами открывания. Для
трёхфазной мостовой схемы  и .

Напряжение управления:

Совершенствование электрических двигателей в системах автоматизированного электропривода;

Совершенствование электрических двигателей в системах автоматизированного электропривода;

Тогда характеристика управления будет иметь вид:

где     — напряжение управления;

Расчет идеальной характеристики СИФУ приведен в таблице:

Оцените статью
Добавить комментарии

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: