Электромеханические системы (электропривод)

Август 2, 2022

Главная
Разное
Электромеханические системы (электропривод)

Содержание

2. Литература Воронин С.Т. Электропривод летательных аппаратов: Конспект лекций. Часть 1. - Челябинск: Издательство ЮУрГУ. 2006. -
3. РАЗДЕЛ 1 ВВЕДЕНИЕ РАЗДЕЛ 2 МЕХАНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Разделы 1 и 2
4. ЛЕКЦИЯ 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ, СТРУКТУРА, ХАРАКТЕРИСТИКИ, РАЗОМКНУТЫЕ, ЗАМКНУТЫЕ ЭМС Раздел 1 Введение. Содержание дисциплины «Электромеханические системы» (ЭМС)
5. Определение по ГОСТ Р 50362-92 «Электромеханическая система или электропривод – совокупность взаимодействующих преобразователей электроэнергии, электромеханических и
6. Назначение и применение ЭМС Назначение и применение электромеханических систем (электропривода): приведение в движение исполнительных органов рабочей
7. Автоматизированный электропривод ПрУ - преобразовательное устройство: СПУ - силовое преобразовательное устройство; ИСУ - информационная система управления;
8. Состав электропривода Из определения понятия «Электропривод» и его функциональной схемы следует, что электропривод состоит из четырех
9. Электродвигатели Постоянного тока независимого возбуждения; параллельного возбуждения; последовательного возбуждения; смешанного возбуждения; с возбуждением от постоянных магнитов;
10. Силовые преобразовательные устройства В силовых преобразовательных устройствах используются: электромашинные преобразователи (электромашинные усилители); электромагнитные преобразователи (магнитные усилители);
11. Передаточные устройства ПУ предназначены для передачи механической энергии от электродвигателя к исполнительному механизму ИМ и согласования
12. Редуктор Зубчато-реечная передача Барабанно -канатная передача Кривошипно-шатунный механизм Ременная передача Винтовая передача Шарико-винтовая передача Фрикционная передача
13. Системы управления Системы управления электропривода представляют собой совокупность управляющих и информационных систем, предназначенных для управления электроприводом
14. Разомкнутая система
15. Электроприводы могут работать не только в двигательном, но и в тормозном режиме (например, спуск груза, принудительное
16. Замкнутая система Важной функцией системы управления является также осуществление технологического процесса с минимальными затратами электрической энергии.
17. Классификация автоматизированных электроприводов
18. Современный электропривод Многокоординатные электроприводы на основе специальных шаговых электродвигателей находят применение в высокоточных робототехнических установках, сборочных
19. Классификация по диапазону скоростей
20. Классификация по виду управления
21. ЛЕКЦИЯ 2. МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ И РАБОЧЕГО МЕХАНИЗМА Раздел 2. Механическая часть
22. Физические величины, характеризующие движение
23. Формирование крутящего момента Изменение величин, характеризующих движение рабочих органов машины, происходит при воздействии на их кинематическую
24. Знаки моментов, прикладываемых к механической части электропривода, нужно соотносить со знаком скорости вращения. Одно из направлений
25. Знаки моментов и скоростей Знаки моментов, прикладываемых к механической части электропривода, нужно соотносить со знаком скорости
26. Момент двигателя зависит от его скорости. Взаимосвязь момента, развиваемого двигателем, и скорости вращения М=f(ω) определяет механические
27. 1 — ДПТ НВ; его механическая характеристика имеет высокую жесткость, постоянную во всех точках; 2 —
28. Уравнение движения
29. Графическое определение ωуст Точка А пересечения механических характеристик двигателя и вентилятора соответствует установившемуся режиму работы М=Мс
30. Активный и реактивный статические моменты Активный момент сопротивления (Мса) движению прикладываемый к рабочему органу машины создается
32. Динамика механической системы При М∑ =0 (F∑ =0) механическая система находится в состоянии покоя или равномерного
33. Второй закон Ньютона Импульс силы — это вектор, равный произведению вектора результирующей силы на время ее
34. Момент инерции тела есть сумма моментов инерции материальных точек, составляющих это тело. Он может быть выражен
38. Скачать презентацию

Слайд 2

Литература
Воронин С.Т. Электропривод летательных аппаратов: Конспект лекций. Часть 1. - Челябинск: Издательство

ЮУрГУ. 2006. - 171 с
Дементьев Ю. Н., Чернышев А. Ю., Чернышев И. А. Электрический привод: учебное пособие. - Томск: Изд-во ТПУ, 2010. - 232 с.
Задорожний Н.А. Элементы теории электромеханического взаимодействия в двухмассовых системах электропривода с упругими механическими связями: Учебное пособие по дисциплине «Теория электропривода» для студентов специальности «Электромеханические системы автоматизации и электропривод» дневной формы обучения. – Часть 1. – Краматорск: ДГМА, 2006. – 58 с.
Мещеряков, В.Н. Электрический привод Ч. 1. Электромеханические системы : учеб. пособие / В.Н. Мещеряков .— Липецк : Изд-во ЛГТУ, 2014 .— 130 с.
Чиликин М. Г., Сандлер А. С. Общий курс электропривода: Учебник для вузов.-6-е изд., доп. и персраб. — М.: Энергоиздат, 1981. — 576 с., ил.

Слайд 3

РАЗДЕЛ 1 ВВЕДЕНИЕ РАЗДЕЛ 2 МЕХАНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Разделы 1 и 2

Слайд 4

ЛЕКЦИЯ 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ, СТРУКТУРА, ХАРАКТЕРИСТИКИ, РАЗОМКНУТЫЕ, ЗАМКНУТЫЕ ЭМС
Раздел 1 Введение. Содержание

дисциплины «Электромеханические системы» (ЭМС)

Слайд 5

Определение по ГОСТ Р 50362-92
«Электромеханическая система или электропривод – совокупность взаимодействующих преобразователей электроэнергии,

электромеханических и механических преобразователей, управляющих и информационных устройств сопряжения с внешними электрическими, механическими, управляющими и информационными системами».

Слайд 6

Назначение и применение ЭМС
Назначение и применение электромеханических систем (электропривода): приведение в

движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса;
Электропривод является неотъемлемой частью многих агрегатов и комплексов, используемых в различных отраслях народного хозяйства, науки и техники.
Физические обоснования явлений, присущих электроприводу как техническому устройству электромеханики, необходимо рассматривать совместно с математическими моделями электропривода как объекта управления в понятиях и терминах теории автоматического управления.

Слайд 7

Автоматизированный электропривод
ПрУ - преобразовательное устройство:
СПУ - силовое преобразовательное устройство;
ИСУ - информационная

система управления;
Электродвигатель
ЭМП - электромеханический преобразователь;
РД - ротор двигателя;
ПУ - передаточное устройство;
ИМ - рабочий орган исполнительного механизма;
ЗУ - задающие устройства;
ДОС - датчики обратной связи;

Слайд 8

Состав электропривода
Из определения понятия «Электропривод» и его функциональной схемы следует, что

электропривод состоит из четырех основных частей:
электрического двигателя;
силового преобразовательного устройства;
передаточного устройства;
системы управления.
Электрические двигатели предназначены для преобразования электрической энергии в механическую. ЭД состоит из двух частей:
электромеханического преобразователя энергии ЭМП, преобразующего электрическую энергию в электромагнитную,
ротора двигателя РД, в котором электромагнитная энергия преобразуется в механическую.
Двигатель развивает момент M на валу ротора, который вращается с угловой скоростью ω.

Слайд 9

Электродвигатели
Постоянного тока
независимого возбуждения;
параллельного возбуждения;
последовательного возбуждения;
смешанного возбуждения;
с возбуждением от постоянных магнитов;
с полым

немагнитным якорем;
с печатным якорем;
с полупроводниковым коммутатором;
магнитогидродинамические электродвигатели и т. д.

Переменного тока

асинхронных с короткозамкнутым ротором;
асинхронных с фазным ротором;
синхронных с независимым возбуждением;
синхронных с постоянными магнитами;
однофазных асинхронных двигателей;
двойного питания;
реактивных синхронных;
синхронных гистерезисных;
редукторных;
линейных;
коллекторных переменного тока;
электровибрационных;
емкостных и т. д.

Слайд 10

Силовые преобразовательные устройства
В силовых преобразовательных устройствах используются:
электромашинные преобразователи (электромашинные усилители);
электромагнитные преобразователи

(магнитные усилители);
полупроводниковые преобразователи (транзисторные на основе биполярных, полевых, IGBT [БТИЗ] транзисторах; тиристорные).

Слайд 11

Передаточные устройства
ПУ предназначены для передачи механической энергии от электродвигателя к исполнительному

механизму ИМ и согласования вида и характера движения электродвигателя и рабочего органа исполнительного механизма.
Наиболее характерные типы передаточных устройств:
редукторы;
цепные передачи;
ременные передачи;
планетарные системы;
кулисные механизмы;
шарико-винтовая передача;
электромагнитные муфты скольжения и т. д.

Слайд 12

Редуктор
Зубчато-реечная передача
Барабанно -канатная передача
Кривошипно-шатунный механизм
Ременная передача
Винтовая передача
Шарико-винтовая передача
Фрикционная передача

Слайд 13

Системы управления
Системы управления электропривода представляют собой совокупность управляющих и информационных систем,

предназначенных для управления электроприводом с целью обеспечения заданного движения рабочего органа исполнительного механизма.
Принципиально системы управления различаются по уровню основных функций, которые они выполняют:
пуск, реверс, торможение, а также поддержание угловой скорости с невысокой точностью в статике и динамике. Такую функцию выполняют разомкнутые релейно-контакторные системы управления электроприводов постоянного и переменного тока;
поддержание скорости с высокой точностью в статике, а также формирование требуемых переходных процессов. Такую функцию выполняют системы преобразователь-двигатель с различными обратными связями, например, по скорости, току двигателя, напряжению преобразователя;
слежение за любыми, произвольно изменяемыми входными воздействиями. Эту функцию выполняют следящие системы;
отработка заданной программы. Такую функцию выполняют системы программного управления;
выбор оптимальных режимов работы. Эту функцию выполняют адаптивные системы управления автоматически изменяющие свою структуру или параметры системы управления с целью, например, выработки оптимальных режимов работы.
Выбор системы управления определяется как технологическим процессом, так и технико-экономическими обоснованиями.

Слайд 14

Разомкнутая система

Слайд 15

Электроприводы могут работать не только в двигательном, но и в тормозном

режиме (например, спуск груза, принудительное торможение машины при останове и т.п.).
В этом случае энергия торможения — потенциальная энергия спускаемого груза или кинетическая энергия движущихся масс, - поступает в электромеханический преобразователь, который работает в режиме генератора.
Эта энергия за вычетом потерь и совершаемой рабочим органом в процессе торможения работы отдается в питающую сеть, если система допускает рекуперацию энергии. Если не допускает — избыток энергии рассеивается в балластном сопротивлении R. Направление потока энергии в режиме торможения показано на рисунке пунктиром.

Слайд 16

Замкнутая система
Важной функцией системы управления является также осуществление технологического процесса с

минимальными затратами электрической энергии.
Информационный канал электропривода в настоящее время реализуется с использованием устройств управляющей вычислительной техники. Это позволяет, в частности, управлять отдельными электроприводами от управляющих устройств более высокого уровня (АСУТП), объединяющих управление всеми производственными машинами, обслуживающими данный технологический процесс.

Совокупность информационных и управляющих устройств образует информационный канал электропривода, предназначенный для управления параметрами (координатами) электропровода в соответствии с требованиями технологического процесса.

Слайд 17

Классификация автоматизированных электроприводов

Слайд 18

Современный электропривод
Многокоординатные электроприводы на основе специальных шаговых электродвигателей находят применение в

высокоточных робототехнических установках, сборочных автоматах и для других целей. Многокоординатные электроприводы позволяют осуществлять пространственные движения рабочего органа по нескольким координатам.
Для высокоточных механизмов и для машин, работающих в динамичных режимах, часто исключают механические передачи между валом двигателя и рабочим органом. Такие электроприводы называют безредукторными. При этом, однако, возрастают габариты и масса приводного двигателя, поскольку эти параметры при одной и той же мощности двигателя примерно обратно пропорциональны номинальной скорости двигателя.
Для высокоточных электроприводов, конструктивно объединяют рабочий орган с приводным электродвигателем. Примерами таких конструктивно-интегрированных электроприводов являются: электрошпиндели (для шлифовальных станков), мотор-колеса (для транспортных средств) и др.
Новым направлением в технике является создание электромеханических модулей, включающих в себя рабочий орган, электромеханическое устройство (двигатель) с системой его регулирования и микропроцессорное управляющее устройство. Такие модули, получившие название мехатронных, применяются в роботах и станках с числовым программным управлением.

Слайд 19

Классификация по диапазону скоростей

Слайд 20

Классификация по виду управления

Слайд 21

ЛЕКЦИЯ 2. МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ И РАБОЧЕГО МЕХАНИЗМА
Раздел 2. Механическая часть

Слайд 22

Физические величины, характеризующие движение

Слайд 23

Формирование крутящего момента
Изменение величин, характеризующих движение рабочих органов машины, происходит при

воздействии на их кинематическую цепь (механическую часть) сил F. Для вращательного движения физическим аналогом силы является момент М.
Момент создается силой, приложенной к плечу (плечо — кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы), например, к радиусу барабана грузоподъемной лебедки (рис. а); или парой сил, возникающих в электродвигателях вращательного движения (рис.б) М=FR.

Слайд 24

Знаки моментов, прикладываемых к механической части электропривода, нужно соотносить со знаком

скорости вращения. Одно из направлений вращения вала двигателя (по часовой стрелке «вперед» или против часовой стрелки «назад») условно принимают за положительное направление; противоположное направление — за отрицательное. Соответственно, скорость движения в направлении «вперед» будет иметь знак (+), а скорость движения в направлении «назад» - знак (-). Также поступают при определении знака скорости линейного движения, например линейного двигателя.
Момент, развиваемый электродвигателем, может быть положительным, когда двигатель при вращении в положительном направлении работает в двигательном режиме, преобразуя электрическую энергию в механическую, или отрицательным, тормозным (‑М), когда двигатель работает в генераторном режиме, преобразуя механическую энергию в электрическую. При изменении направления вращения знаки моментов изменяются на противоположные.

Слайд 25

Знаки моментов и скоростей
Знаки моментов, прикладываемых к механической части электропривода, нужно

соотносить со знаком скорости вращения.
Направление вращения вала двигателя по часовой стрелке «вперед» условно принимают за положительное направление, соответственно, скорость движения в направлении «вперед» будет иметь знак (+).
Противоположное направление - против часовой стрелки «назад» принимают за отрицательное направление, соответственно, скорость движения в направлении «назад» будет иметь знак (-).
При определении знака скорости линейного движения, например линейного двигателя, движение вправо принимается за положительное, а движение влево – за отрицательное.
Момент, развиваемый электродвигателем, может быть положительным, когда двигатель при вращении в положительном направлении работает в двигательном режиме, преобразуя электрическую энергию в механическую, или отрицательным, тормозным (‑М), когда двигатель работает в генераторном режиме, преобразуя механическую энергию в электрическую. При изменении направления вращения знаки моментов изменяются на противоположные.

Слайд 26

Момент двигателя зависит от его скорости. Взаимосвязь момента, развиваемого двигателем, и

скорости вращения М=f(ω) определяет механические характеристики электропривода (ЭД).
Механические характеристики изображаются в поле координат М–ω.

Слайд 27

1 — ДПТ НВ; его механическая характеристика имеет высокую жесткость, постоянную

во всех точках;
2 — ДПТ ПВ; жесткость его механической характеристики не постоянна, она мала при малых нагрузках и повышается по мере возрастания момента;
3 — АД; его механическая характеристика имеет две явно выраженные части: рабочую - с высокой постоянной отрицательной жесткостью и криволинейную часть с переменной положительной жесткостью; вторая часть характеристики используется только во время пуска двигателя;
4 — СД; он имеет абсолютно жесткую механическую характеристику, параллельную оси абсцисс.

1 - машины с рабочим органом резания; если толщина снимаемого резцом слоя постоянна, то Mc не зависит от скорости.
2 - машины, в которых Mc определяется, главным образом, силами трения (транспортеры, конвейеры). Mc не зависит от скорости механизма, однако, при пуске Mc покоя, может существенно превышать момент сил трения при движении.
3 - грузоподъемныt механизмs, где Mc движению создается, главным образом, силой тяжести. Особенностью является то, что момент при подъеме груза несколько превышает момент сопротивления при спуске груза, что связано с учетом механических потерь в передачах.
4 – для турбомеханизмов (центробежных и осевых насосов, вентиляторов и компрессоров) момент на валу механизма существенно зависит от скорости. Для вентиляторов эта зависимость носит квадратичный характер Мс=Кω2.
5 - намоточные устройства и другие машины, для которых технологически необходима работа с постоянством мощности.

Слайд 28

Уравнение движения

Слайд 29

Графическое определение ωуст
Точка А пересечения механических характеристик двигателя и вентилятора соответствует

установившемуся режиму работы М=Мс
Точка Б пересечения характеристики электродвигателя в режиме торможения противовключением с механической характеристикой грузоподъемной лебедки, работающей в режиме спуска груза (скорость отрицательна) также соответствует равенству моментов М=Мс, т.е. установившемуся режиму движения.

Слайд 30

Активный и реактивный статические моменты
Активный момент сопротивления (Мса) движению прикладываемый к

рабочему органу машины создается силами тяжести (например, в грузоподъемных механизмах, лифтах и др.), силами ветра (механизм поворота башенных кранов), и др.
Активные моменты могут как препятствовать движению, так и создавать движение, в соответствии с этим знак Мса может быть отрицательным, если его направление противоположно знаку скорости вращения и положительным, если направление момента совпадает с направлением скорости вращения.
Реактивный момент сопротивления (Мср) движению, прикладываемый к рабочему органу машины возникает как реакция на движение рабочего органа и всегда препятствует движению (например, момент от сил резания в механизмах главного движения металлорежущих станков, момент от аэродинамических сил вентиляторов и др.).
При ω=0 Мср=0; к реактивным моментам сопротивления относится также момент от сил трения в подшипниках, передачах и других элементах кинематической цепи рабочей машины; момент трения всегда препятствует движению.

Слайд 31

Слайд 32

Динамика механической системы
При М∑ =0 (F∑ =0) механическая система находится в

состоянии покоя или равномерного установившегося движения.
Если результирующий момент (или результирующая сила) не равен нулю, то происходит изменение скорости механической системы: при положительном значении М∑(F∑) – ускорение; при отрицательном значении — замедление. Режимы, при которых М∑ (F∑) ≠0, называют переходными или динамическими.

Слайд 33

Второй закон Ньютона

Импульс силы — это вектор, равный произведению вектора результирующей

силы на время ее действия. Количество движения — это вектор, равный произведению вектора скорости на массу тела.
Количество движения — произведение момента инерции вращающихся масс на их угловую скорость.
Момент инерции J (кг·м2) — параметр, аналогичный по физическому смыслу массе при поступательном движении. Он характеризует меру инерции тел, вращающихся относительно фиксированной оси вращения. Момент инерции материальной точки с массой m равен произведению массы на квадрат расстояния от точки до оси вращения J = mR2

Слайд 34

Момент инерции тела есть сумма моментов инерции материальных точек, составляющих это

тело. Он может быть выражен через массу тела и его размеры. Значения момента инерции для тел вращения приводятся в каталогах и справочниках. Иногда в каталогах дается значение махового момента GD2. Для того, чтобы найти момент инерции нужно GD2 разделить на четыре J= GD2/4
Малоинерционные электродвигатели стремятся конструировать с меньшим диаметром ротора большей длины.
Если в состав кинематической цепи рабочей машины включается маховик, его целесообразно конструировать с большим диаметром.

Слайд 35

Слайд 36

Электромеханические системы (электропривод)

Содержание

ЛитератураВоронин С.Т. Электропривод летательных аппаратов: Конспект лекций. Часть 1. - Челябинск: Издательство

РАЗДЕЛ 1 ВВЕДЕНИЕ РАЗДЕЛ 2 МЕХАНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬРазделы 1 и 2

ЛЕКЦИЯ 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ, СТРУКТУРА, ХАРАКТЕРИСТИКИ, РАЗОМКНУТЫЕ, ЗАМКНУТЫЕ ЭМСРаздел 1 Введение. Содержание

Определение по ГОСТ Р 50362-92«Электромеханическая система или электропривод – совокупность взаимодействующих преобразователей электроэнергии,

Назначение и применение ЭМСНазначение и применение электромеханических систем (электропривода): приведение в

Автоматизированный электроприводПрУ - преобразовательное устройство:СПУ - силовое преобразовательное устройство;ИСУ - информационная

Состав электроприводаИз определения понятия «Электропривод» и его функциональной схемы следует, что

Передаточные устройстваПУ предназначены для передачи механической энергии от электродвигателя к исполнительному

Системы управленияСистемы управления электропривода представляют собой совокупность управляющих и информационных систем,