билеты привод

1.Современные проблемы энергосбережения средствами электропривода

Энергосбережение средствами электропривода

Громадная доля электроэнергии, потребляемая электроприводом, - до 65% в развитых странах, и осуществление электроприводом практически всех технологических процессов, связанных с движением, делают особенно актуальной проблему энергосбережения в электроприводе и средствами электропривода. В мировой практике к настоящему времени сформировалось несколько основных направлений, по которым интенсивно ведутся исследования, разработки, осуществляются крупные промышленные проекты.

1.В нерегулируемом электроприводе, реализованном на основе асинхронных электродвигателей с к.з. ротором, много внимания уделяется так называемым энергоэффективным двигателям, в которых за счет увеличения массы активных материалов, их качества, а также за счет специальных приемов проектирования удается поднять на 1–2% (мощные двигатели) или на 4-5% (небольшие двигатели) номинальный КПД при некотором увеличении цены двигателя.

Этот подход, используемый и активно рекламируемый с 70-х годов сначала

вСША, затем в Европе, может приносить пользу, если технологический процесс действительно не требует регулирования скорости, если нагрузка меняется мало и если двигатель правильно выбран. Во всех других случаях использование более дорогих энергоэффективных двигателей может оказаться нецелесообразным.

2.Правильный выбор двигателя для конкретного технологического процесса – один из важнейших путей энергосбережения. В европейской практике принято считать, что средняя загрузка двигателей составляет 0,6, тогда как

внашей стране, где до недавнего времени не было принято экономить ресурсы, этот коэффициент составляет 0,3 – 0,4, т.е. привод работает с КПД значительно ниже номинального. Завышенная “на всякий случай” мощность двигателя часто приводит к незаметным на первый взгляд, но очень существенным отрицательным последствиям в обслуживаемой электроприводом технологической сфере, – например, к излишнему напору

вгидравлических сетях, связанному с ростом потерь и снижением надежности и т.п.

3.Основной путь энергосбережения средствами электропривода – подача конечному потребителю – технологической машине – необходимой в каждый момент мощности. Это может быть достигнуто посредством управления координатами электропривода, т.е. за счет перехода от нерегулируемого электропривода к регулируемому. Этот процесс стал в последние годы основным в развитии электропривода в связи с появлением доступных технических средств для его осуществления – преобразователей частоты и т.п.

4.Выбор рациональных в конкретных условиях типов электропривода и способов управления, обеспечивающих минимизацию потерь в силовом канале, - важный элемент в общей проблеме энергосбережения.

Ожидается, что переход от нерегулируемого электропривода к регулируемому в технологиях, где это требуется, может сэкономить до 25-30% электроэнергии. В одной из технологий – в водовоздухоснабжении – переход к регулируемому электроприводу, как показал опыт, экономит около 50% электроэнергии, до 25% воды и до 10% тепла.

2.Основы алгебры логики, основные операции, аксиомы и теоремы

Валгебре логики рассматриваются переменные, которые могут принимать только два

значения: 0 и 1. В дальнейшем переменные будем обозначать латинскими буквами х, у, z,...

. В алгебре логики определено отношение эквивалентности (=) и три операции: дизъюнкция (операция ИЛИ), обозначаемая знаком V (+); конъюнкция (операция И), обозначаемая точкой, которую можно опускать (например, х·у=ху); отрицание(инверсия, операция НЕ), обозначаемое чертой над переменными или элементами 0 и 1

(например, , ). Отношение эквивалентности удовлетворяет следующим свойствам: х =

х -рефлексивность; если х = у, то у = х - симметричность; если х = у и у = z, то x =

z- транзитивность. Из отношения эквивалентности следует принцип подстановки: если х = у, то в любой формуле, содержащей х, вместо х можно подставить у, и будет получена эквивалентная формула.

Определение

Базовыми элементами, которыми оперирует алгебра логики, являются высказывания.

Высказывания строятся над множеством {B, , , , 0, 1}, где B — непустое множество, над элементами которого определены три операции:

отрицание (унарная операция),

конъюнкция (бинарная), дизъюнкция (бинарная),

а логический ноль 0 и логическая единица 1 — константы.

Аксиомы

1. , инволютивность отрицания, закон снятия двойного отрицания

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

Логические операции

Простейший и наиболее широко применяемый пример такой алгебраической системы строится с использованием множества B, состоящего всего из двух элементов:

B = { Ложь, Истина }

Как правило, в математических выражениях Ложь отождествляется с логическим нулём, а Истина — с логической единицей, а операции отрицания (НЕ), конъюнкции (И) и

дизъюнкции (ИЛИ) определяются в привычном нам понимании. Легко показать[неопределённость], что на данном множестве B можно задать четыре унарные и шестнадцать бинарных отношений и все они могут быть получены через суперпозицию трёх выбранных операций.

Свойства логических операций

1.Коммутативность: xy = yx, {&, }.

2.Идемпотентность: xx = x, {&, }.

3.Ассоциативность: (xy)z = x(yz), {&, }.

4.Дистрибутивность конъюнкций и дизъюнкции относительно дизъюнкции, конъюнкции и суммы по модулю два соответственно:

,

,

.

5.Законы де Мо́ргана:

,

.

6.Законы поглощения:

,

.

7.Другие (1):

.

.

.

.

, инволютивность отрицания, закон снятия двойного отрицания.

.

.

Рис. 3. Механические характеристики асинхронного двигателя при изменении напряжения подводимого к обмоткам статора

4.Переходные процессы в электроприводах постоянного тока при пуске и торможении

Пуск двигателей постоянного тока

Как и в случае с асинхронными двигателями, пуск двигателей постоянного тока осложнен возникающими при пуске большими значениями пусковых токов и моментов. Но в отличие от асинхронных двигателей, в ДПТ пусковые токи превышают номинальные в 10-40 раз. Такое громадное превышение может привести к выводу двигателя из строя, повреждению связанных с двигателем механизмов и большим просадкам напряжения в сети, что может сказаться на других потребителях. Поэтому пусковые токи стараются ограничить до значений

(1,5…2) Iн.

Для маломощных двигателей (до 1 кВт) при условии отсутствия нагрузки на валу, можно применить прямой пуск, то есть непосредственно от сети. Это связано с тем что масса движущихся частей двигателя не велика, а сопротивление обмотки относительно большое. При прямом пуске таких двигателей пусковые токи не превышают значений (3…5) Iн, что для таких двигателей не критично.

Когда двигатель работает при постоянном напряжении и сопротивлении обмотки якоря, ток в якоре можно найти с помощью формулы

В этой формуле U – напряжение питающей сети, Епр – противоЭДС, ∑r – сопротивление обмоток якоря. ПротивоЭДС Епр возникает при вращении якоря в магнитном поле статора, при этом в двигателе, она направлена против якоря. Но когда якорь не движется, Епр не возникает, а значит, выражение для тока примет следующий вид

Это и есть выражение для определения пускового тока.

Глядя на формулу можно прийти к выводу, что снижения пускового тока возможно либо снижением напряжения, либо увеличением сопротивления якорной обмотки.

Пуск двигателя снижением напряжения применяется, если питание двигателя организовано от независимого источника энергии, который можно регулировать. На практике такой пуск используется для двигателей средней и большой мощности.

Мы рассмотрим более подробно способ пуска двигателя постоянного тока с помощью введения дополнительного сопротивления в цепь якоря. При этом пусковой ток будет равен

Таким образом, можно добиться величины пускового тока, в нужном диапазоне, безопасном для двигателя. Добавочное сопротивление может быть как в виде реостата, так и в виде нескольких резисторов. Это нужно для того, чтобы в процессе запуска двигателя, менять сопротивление в якорной цепи.

Следует знать, что с дополнительным сопротивлением в обмотке якоря двигатель работает не на естественной, а на более мягкой искусственной характеристике, которая не подходит для нормальной работы двигателя.

Пуск двигателя осуществляется в несколько ступеней. После некоторого разгона двигателя, Епр ограничит ток, а следовательно пусковой момент, чтобы поддержать его на прежнем уровне, нужно уменьшить сопротивление, то есть переключить реостат или шунтировать резистор.

Допустим, что ступени у нас четыре, тогда механическая характеристика будет выглядеть следующим образом

На первой ступени, когда добавочное сопротивление максимально и равно R1+R2+R3 двигатель начинает свой разгон. После достижения определенной точки, которую получают с помощью расчетных данных, сопротивление R3 шунтируют. При этом двигатель переходит на новую характеристику, и разгоняется на ней все до той же точки. Таким образом, двигатель выходит на естественную характеристику, не пострадав от действия больших пусковых токов и моментов.

Тормозные режимы двигателей постоянного тока независимого возбуждения дпт нв

Помимо основного (двигательного) режима работы в двигател независимого (параллельного) возбуждения возможны тормозные

Генераторное рекуперативное торможение

Этот режим наступает,частотакогдавращения якоря превышает частот холостого хода0. n

В этих условиях ЭДС машины= сеФn0 превышаетЕ напряжение питающей сет Uном), при этом ток якоря, а следовательно, и электромагнит направление на противложноепо. В итоге машина постоянного тока генераторный режим и вырабатываемую при этом электроэнерг Электромагнитный момент двигателя становится тормозящим и внешнему вращающему моменту, создаваемомуиисиламивращающегоинерц с прежней скоростью якоря (рис. 13.15, а). Этот процесс тормож до тех пор, пока частота вращения якоря, уменьшаясь,0. не дос Таким образом, для перехода двигателя в режим генераторн торможения не требуется изменений в схеме включения двигател

Генераторное рекуперативное торможение — наиболее экономичный вид тормо так как он сопровождается возвратом энергии в сеть. Прим торможения является эффективнымберегающимэнергоссредством в электроп Он целесообразен в электротранспортных средствах, работа частыми остановками и движением под уклон. В этом случае движения транспортного средства (трамвай, троллейбус,д)преобразуэлетсяктр в электрическую энергию и возвращается в сеть.

Возможен способ перевода двигателя в режим генераторног торможения и при установившейся частоте вращения якоря. Дл увеличить в двигателе магнитныйуждения,поток твозб.е. ток в обмотке воз

Из выражения ЭДС якоряа = есФnЕ следует, что с ростом магнитно возбуждения Ф при неизменной частоте вращенияувеличивается,n ЭДС якорячтЕ ведет к уменьшению тока в цепи якоря:

При ЭДСа =Е U токрякоa =I 0,частота вращения якоря достигает0. знач При дальнейшем увеличении потока возбуждения Ф, а следоват ЭДС якоряЕапограничнаячастота вращения снижается (см. 13.12, вращения якоря, оставаясь практически неизменной за с вращающихся частей электропривода, начинает превышать0. погр При этом ЭДС якоря превышает напряжениеь сетипереходитдвигателрежи генераторного рекуперативного торможения.

Динамическое торможение.

Необходимость в таком торможении возникает в том случае, ко двигателя от сети егодействиемякорь подкинетической энергии движущ электропривода продолжает вращаться. Если при этом обмотку як сети, замкнуть на трезистор,двигательr перейдет в генераторный(обмотка ре

возбуждения должна оставаться включенной в сеть). Вырабатываемаяпри этом электроэнергия не возвращаетсясеть, как это происходитрекуперативномпри торможении, а преобразуется в теплоту, которая выделяется в

В режиме динамического торможения ЭДС якоря не меняет свое поскольку якорь отключен от сети (U =менит0), тонаправление,ток якоря такиз будет создаваться ЭДС Е

т.е. станет отрицательным. В результате электромагнитн изменит направление и станет тормозящим (рис. 13.15, б). продолжается до полной остановки якоря (n = 0).

Торможение противовключением.

Допустим, что двигатель работает в основном (двигательном) нагрузкой. При отключении двигатели от сети момент М = 0, но якорь двигателясчет кинетическойза энергии вращающи электропривода некоторое время будет продолжать.е. вращение,произойдет выб двигателя.

Чтобы уменьшить время выбегадвигателя, применяю торможениепротивовключением. С этой целью изменяют полярнос наклеммах обмотки якоря (полярнклемм остьбмоткибуждениявоз должнаостаться прежней) и напряжение питания обмотки якоря становится- U). Ноотр якорь двигателя под действием кинетической энергии в электропривода сохраняет прежнее (положительное) направлен какнаправление магнитного потокаизменилось,не то ЭДСа такжеякоряне Еменяет своего направления и действует согласно-U), принапряжениюэтом ток( якор создается суммойнапряжения сети U и ЭДС якоря (рис. 13.15, в):