Билет № 20

1. Предварительный выбор двигателей по мощности.

Задача выбора дв-ля по мощности методом последовательного приближения. В большинстве случаев двигатель должен быть предварительно выбран по мощности с проверкой по нагреву по методу средних потерь или методу эквивалентных величин и по нагрузке, сравнивая максимальные с допустимыми. Предварительному расчёту предшествует расчёт скоростных режимов, статических усилий на отдельных этапах работы двигателя.

Методы эквивалентных момента и мощности справедливы при ограниченных условиях и не для всех типов двигателей. Кроме того, в ряде случаев вид нагрузочной диаграммы определяется не только статическими нагрузками, но и динамическими нагрузками, которые в значительной мере зависят от момента инерции самого двигателя. При этих условиях действительная нагрузочная диаграмма до выбора двигателя не может быть построена.

Во всех указанных случаях возникает задача предварительного выбора двигателя по мощности с последующей его проверкой по условиям нагрева и допустимой максимальной нагрузке.

Предварит. Выбор дв-ля по мощности может быть выполнен на основании средних за рабочий цикл величин момента и мощности стат. Нагрузки

Кз=1,1-1,3 – коэф. Учитывающий отличие нагрузочной диаграммы двигателя от статической нагрузки.

В тех случаях, когда в принципе применимы применимы методы экв. момента и мощности.

После предварит. выбора дв-ля по мощности он, как указывалось выше, обязательно должен быть проверен по условиям нагрева.

Допущения:

1) Двигатель представляется в виде однородного тела с бесконечно большой теплопроводностью.

2) Теплоотдача пропорциональна разности температур двигателя и окр. среды.

3) Теплопроводность окр. среды равна бесконечности

4) Теплоёмкость, коэф. Теплоотдачи не зависят от температуры двигателя.

Тогда , ,

- кол-во тепла на нагревание дв-ля

.

Выбор метода проверки зависит от типа дв-ля и условий его работы. Наиболее универсальным и точным является метод эквивалентных и средних потерь.

В тех случаях когда в процессе работы имеет место изменение теплоотдачи двигателя – при изменении скорости, пусках, торможении и т.д. следует это учитывать

, где - коэф. Изменения теплоотдачи.

Нагрузочная диаграмма может иметь вид не ломанных линий а кривых, тогда она заменяется аппроксимированной ломанной линией.

Если же действительная кривая содержит участки с большой крутизной, то во избежание погрешностей при расчёте переходят от конечных сумм к интегралам

2. Принципы построения систем управления ад.

В соответствии с векторными диаграммами и соотношениями между основными переменными АД его электромеханические свойства при фиксированной частоте питания однозначно определяются как абсолютными значениями магнитных потоков, потокосцеплений и токов цепей машины, так и их векторными взаимосвязями в функции абсолютного скольжения АД. Отсюда и различные принципы управления АД: скалярный, при котором осуществляется регулирование лишь абсолютных значений переменных АД, и векторный, при котором одновременно осуществляется принудительная взаимная ориентация векторов переменных АД в соответствии с принятым законом управления. При этом управляемость АД может обеспечиваться совместным регулированием либо частоты f₁ и напряжения U₁ , либо частоты f₁ и тока I₁ статорной обмотки. Первый способ управления принято трактовать как частотное управление, второй – как частотно-токовое управление.

Поскольку выбор способа и принципа управления определяется совокупностью статических, динамических, энергетических и затратных требований к асинхронному электроприводу, следует дать их сравнительную оценку.

Скалярный принцип частотного управления является наиболее распространенным в электроприводе. Ему свойственна техническая простота измерения и регулирования абсолютных значений переменных АД. Однако реализация желаемых законов регулирования скорости и момента АД, их стабилизация и ограничение, при которых обеспечивалось бы постоянство или ограничение в допустимых пределах внутренних переменных АД (токов статора и ротора, их потокосцеплений, основного магнитного потока), из-за сложных функциональных зависимостей между ними весьма ограничена. И если в статических режимах за счет комбинаций обратных связей по переменным АД в замкнутых системах частотного регулирования и можно добиться желаемых или близких к ним свойств электропривода, то в динамических режимах эта задача трудно выполнима. Связано это с весьма сложными электромагнитными процессами, протекающими в АД.

При любых динамических возмущениях в АД происходит взаимное изменение токов и связанных с ними магнитных потоков машины. При этом скорость изменения магнитных потоков заметно отстает от темпа изменения токов АД. В результате в переходном процессе нарушается взаимосвязь не только абсолютных значений токов и потоков, но и возникает фазовый сдвиг между их векторами. Последний носит свободный и не управляемый в динамике характер. Поскольку и абсолютные значения и взаимные фазовые сдвиги векторов токов и потоков цепей статора и ротора изменяются одновременно, то при наличии взаимосвязанных звеньев, содержащих электромагнитные постоянные времени цепей статора, контура намагничивания, ротора и механическую постоянную времени ротора, изменение переменных АД во времени будет носить затухающий колебательный характер. Период колебаний и коэффициент их демпфирования зависят от соотношений постоянных времени и абсолютного скольжения АД. После окончания переходного процесса абсолютные значения токов и потоков и фазовые сдвиги между их векторами взаимно сориентируются в пространстве и определятся уже в соответствии с заданным установившимся режимом работы АД.

Скалярное частотно-токовое управление АД характеризуется малым критическим скольжением и постоянством критического момента при постоянстве питающего АД тока и изменении его частоты. Однако в разомкнутых системах подобное управление практически исключено, поскольку с увеличением нагрузки (скольжения) резко падает магнитный поток АД и для обеспечения желаемых перегрузочных способностей АД по моменту потребуется заметное превышение номинальных значений напряжения питания и тока статора.

Векторный принцип управления базируется на принудительной взаимной ориентации векторов потокосцеплений и токов АД в полярной или декартовой системах координат в соответствии с заданным законом регулирования. В замкнутых системах векторного управления по цепям обратных связей наряду с абсолютными значениями регулируемых переменных поступает информация о текущем пространственном положении их векторов. За счет регулирования модулей переменных и углов между их векторами обеспечивается полное управление АД как в статике, так и в динамике, обеспечивая тем самым заметное улучшение качества переходных процессов по сравнению со скалярным управлением. Именно этот факт и является определяющим при выборе систем с векторным управлением.

Информация о текущих значениях модуля и пространственного положения векторов переменных АД может быть получена как прямым их измерением с помощью соответствующих датчиков, так и косвенно на основе математической модели АД. Конфигурация и сложность такой модели определяются техническими требованиями к электроприводу. В общем случае подобные системы с косвенным регулированием координат электропривода из-за нестабильности параметров АД и сложной их взаимосвязи уступают по своим статическим и динамическим показателям системам с прямым векторным управлением. При сложности вычислительных операций и алгоритмов управления электроприводом достоинство систем с косвенным регулированием в простоте технических решений и, соответственно, в практической надежности.

При векторном управлении регулирование электромагнитного момента АД может осуществляться формированием мгновенных значений как напряжений, так и токов в обмотках статора. Вариант частотно-токового векторного управления является наиболее распространенным, поскольку при регулировании тока обеспечивается регулирование момента не зависимого от частоты питания АД, что упрощает схему управления, а также одновременно достаточно просто обеспечивается ограничение перегрева двигателя. При этом напряжения на обмотках статора АД, образуются автоматически в зависимости от его режима работы.