Основы электропривода
Покупка
Тематика:
Электроэнергетика. Электротехника
Год издания: 2015
Кол-во страниц: 408
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-7038-4060-3
Артикул: 643737.02.99
К покупке доступен более свежий выпуск
Перейти
Кратко изложены основы теории современного автоматизированного электропривода. Рассмотрены принципы построения и составные части электроприводов, их характеристики в статических и динамических режимах работы с двигателями постоянного и переменного тока, а также основные принципы управления и проектирования.
Учебное пособие ориентировано прежде всего на студентов вузов неэлектротехнических специальностей, поэтому в отличие от большинства книг по основам электропривода, содержит дополнительные разделы по общим вопросам электромеханического преобразования энергии, принципам работы и особенностям конструкции основных типов электрических машин, силовой электронике. Учебное пособие будет также полезно и студентам электротехнических специальностей, начинающим изучать электропривод, а также практикующим инженерно-техническим работникам смежных областей.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 13.03.02: Электроэнергетика и электротехника
- 13.03.03: Энергетическое машиностроение
- 15.03.01: Машиностроение
- 15.03.02: Технологические машины и оборудование
- 15.03.05: Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
T E R R A M E C H A N I C A
О С Н О В Ы Э Л Е К Т Р О П Р И В О Д А Допущено Учебно-методическим объединением вузов по университетскому политехническому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по машиностроительным направлениям подготовки А. Б. К РА С О В С К И Й
УДК 621.313 ББК 31.261 К78 Рецензенты: д-р техн. наук, профессор кафедры электротехники НИЯУ МИФИ М.В. Немцов; д-р техн. наук, профессор кафедры автоматизированного электропривода МЭИ М.Г. Бычков Красовский, А. Б. К78 Основы электропривода : учебное пособие / А. Б. Красовский. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015. — 405, [3] с.: ил. ISBN 978-5-7038-4060-3 Кратко изложены основы теории современного автоматизированного электропривода. Рассмотрены принципы построения и составные части электроприводов, их характеристики в статических и динамических режимах работы с двигателями постоянного и переменного тока, а также основные принципы управления и проектирования. Учебное пособие ориентировано прежде всего на студентов вузов неэлектротехнических специальностей, поэтому в отличие от большинства книг по основам электропривода, содержит дополнительные разделы по общим вопросам электромеханического преобразования энергии, принципам работы и особенностям конструкции основных типов электрических машин, силовой электронике. Учебное пособие будет также полезно и студентам электротехнических специальностей, начинающим изучать электропривод, а также практикующим инженерно-техническим работникам смежных областей. УДК 621.313 ББК 31.261 © Красовский А.Б., 2015 © Оформление. Издательство ISBN 978-5-7038-4060-3 МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015
Предисловие 3 Предисловие Электропривод за последние годы проник практически во все сферы человеческой деятельности. Он стал неотъемлемой частью большинства технологических установок и во многом определяет их качественный уровень, активно используется в быту, на транспорте и т. д. Поэтому представление о его современной элементной базе, физических принципах функционирования, методах управления, энергетике и основах проектирования необходимо специалистам, непосредственно не связанным с его разработкой и эксплуатацией. Изданные за прошедшие годы и пользующиеся заслуженной популярностью среди читателей многие книги по электроприводу ориентированы прежде всего на специалистов-электриков или студентов, выбравших электропривод или смежные с ним специ- альности в качестве своей будущей профессиональной деятельно- сти. Зачастую они избыточны по содержанию и к тому же предпо- лагают соответствующий уровень подготовки читателя. В основу настоящей книги положен многолетний опыт автора в чтении лек- ций по основам и специальным разделам электропривода в МГТУ им. Н.Э. Баумана для студентов машиностроительных и техноло- гических специальностей. При написании учебного пособия автор исходил из того, что базовая электротехническая подготовка студентов-неэлектриков, как правило, ограничена лишь содержанием общеинженерного курса «Электротехника и электроника». В отличие от базовых учебников по основам электропривода, в издание дополнительно включены разделы, касающиеся общих закономерностей функ- ционирования электромеханических устройств, принципов рабо- ты и особенностей конструкции основных типов электрических машин, силовой электроники. По мнению автора, такое дополнение способствует формиро- ванию у читателя более целостного представления о современном электроприводе и снижает необходимость на начальном этапе зна-
Предисловие комства с предметом поиска нужной информации в других, зача- стую разрозненных источниках. Вместе с тем автор надеется, что книга вызовет интерес у читателя к новой для него предметной области и в случае необходимости подготовит к чтению специ- альной литературы. Электропривод как инженерная наука связан с именами таких выдающихся отечественных ученых и педагогов, как профессора МЭИ М.Г. Чиликин, В.П. Бычков, М.М. Соколов, А.А. Сиротин, А.С. Сандлер, В.И. Ключев, В.М. Терехов, Н.Ф. Ильинский, Б.А. Ивоботенко, Л.Б. Масандилов и других, со многими из кото- рых автору выпала честь быть лично знакомым и учиться у них. Всем им выражаю искреннее почтение и благодарность. Улучшению содержания книги, несомненно, способствовали критические замечания и полезные советы профессора кафедры автоматизированного электропривода МЭИ Л.Б. Масандилова и рецензентов профессоров М.Г. Бычкова и М.В. Немцова, которым автор выражает особую признательность. Слова благодарности обращаю также к коллегам — сотрудникам кафедры электротех- ники и промышленной электроники МГТУ им. Н.Э. Баумана и особенно к членам моей семьи, постоянно поддерживавшим и вдохновлявшим меня, проявлявшим исключительное терпение.
Предисловие 3 Список сокращений АД — асинхронный двигатель AM — асинхронная машина БДПТ — бесконтактный двигатель постоянного тока ВАХ — вольт-амперная характеристика ВГ — вентильная группа Г — генератор Д — двигатель ДПТ — двигатель постоянного тока ДПТ НВ — двигатель постоянного тока независимого возбуждения ДС — датчик скорости ДТ — датчик тока МДС — магнитодвижущая сила МПТ — машина постоянного тока МЧЭ — механическая часть электропривода НПЧ — непосредственный преобразователь частоты ОВ — обмотка возбуждения ОР — объект регулирования П — преобразователь ПВ — регулируемый источник питания обмотки возбуждения ПД — приводной двигатель ПН — преобразователь напряжения ПЧ — преобразователь частоты СГ — синхронный генератор СД — синхронный двигатель СИФУ — система импульсно-фазового управления СУ — система управления СЭП — силовой электрический преобразователь ТП — тиристорный преобразователь ФСУ — фазосдвигающее устройство ШД — шаговый двигатель ШИМ — широтно-импульсная модуляция ШИП — широтно-импульсный преобразователь ЭДС — электродвижущая сила
Введение Введение В современном промышленном производстве для приведения в движение исполнительных механизмов рабочих машин (валков прокатного стана, поршня насоса, кабины лифта, шпинделя токар- ного станка и т. п.) чаще всего используется электрический двига- тель, который в совокупности с различными устройствами управ- ления, механической передачей и исполнительным устройством называют электрическим приводом или электроприводом. Более половины всей вырабатываемой электрической энергии в настоя- щее время потребляется электроприводом. Электроприводы выполняют на мощности от милли- до мега- ватт. Области их применения разнообразны. Назначение электро- привода определяет уровень его сложности, состав, конструктивные особенности и прочие характеристики. Например, электропривод современных наручных кварцевых часов можно отнести к миниа- тюрным устройствам, тогда как электропривод крупного прокат- ного стана или створок шлюза мощностью в coтни киловатт имеет значительные размеры и располагается в специально оборудован- ном для него помещении. Однако электроприводы различаются не только мощностью и габаритами. Иногда можно встретить элек- тропривод, в котором, например, трудно выделить электродвига- тель как отдельную конструктивную единицу. Так, в робототехни- ке получила широкое развитие тенденция к конструктивной инте- грации элементов электропривода с исполнительным механизмом (колонна робота является частью двигателя и т. п.). Для того чтобы научиться правильно ориентироваться в этом многообразии, необходимо определить то общее, что присуще всем электроприводам независимо от их назначения и техниче- ской реализации. Очевидно, что общим для всех типов электро- приводов является преобразование электрической энергии в ме- ханическую. Это преобразование выполняется электрическим двигателем, который называют электромеханическим преобразо- вателем энергии.
Введение 7 С одной стороны, электромеханический преобразователь энер- гии имеет электрический вход и механический выход, с другой, как мы увидим далее, — в электроприводе часто осуществляется и обратное преобразование механической энергии в электрическую. В этом случае, конечно, вход и выход в электромеханическом пре- образователе энергии меняются местами. Современный электропривод можно рассматривать как элек- тромеханическую систему, в которой электрические и механиче- ские элементы находятся в тесном взаимодействии и важнейшим свойством которой является управляемость, необходимая для реа- лизации целенаправленного протекания обеспечиваемого им тех- нологического процесса. Основная задача управления электропри- водом — обеспечение с его помощью движения рабочей машины или отдельных ее элементов. Управление движением может быть ручным или автоматиче- ским. Ручное управление производит оператор (человек), который с помощью командного устройства осуществляет управление дви- жением. Автоматическое управление реализуется без непосред- ственного участия человека, он только дает команду начала про- цесса управления. Иногда и эту команду выполняет автоматиче- ское устройство. Автоматическое управление в электроприводе осуществляется, как правило, в замкнутых структурах — управ- ляющее воздействие формируется с учетом фактического значения регулируемой величины. По степени управляемости электропри- вод бывает: нерегулируемый — одна рабочая скорость; регулируемый — параметры привода изменяются от управ- ляющего устройства; программно-управляемый — управление в соответствии с за- данной программой; следящий — автоматически отрабатывает перемещение ис- полнительного органа с определенной точностью в соответствии с произвольно меняющимся задающим сигналом; адаптивный — автоматически изменяющий структуру и па- раметры системы управления при изменении условий работы ма- шины для выработки оптимального режима. Общая структура электропривода показана на рисунке. Элек- трическая энергия, потребляемая из сети или в общем случае от лю- бого источника электрической энергии, в силовом электрическом
Введение преобразователе (СЭП) пре- образуется в регулируемую электрическую энергию, под- водимую к обмоткам электри- ческого двигателя (ЭД). Ме- ханическая энергия от по- движной части ЭД — ротора — через механическую передачу (МП) передается рабочему органу (РО) механизма для совершения полезной механической работы. Эти элементы образуют энергети- ческий или силовой канал электропривода. Управляющий или ин- формационный канал обеспечивает управление процессом преобра- зования энергии и включает в себя управляющее устройство (УУ) и датчики (Д) обратной связи. Управляющее устройство формирует команды в соответствии с заложенным в него алгоритмом с учетом текущей информации о состоянии электропривода, поступающей от датчиков Д. Управляющее устройство может получать команды от аналогичного устройства более высокого уровня. Важно подчеркнуть, что наряду с обеспечением рационально- го хода технологических процессов неуклонно возрастает значи- мость решаемой с помощью современного электропривода вто- рой задачи — повышение энергетической эффективности обору- дования за счет применения более совершенных алгоритмов управления. На рисунке изображена полная функциональная схема элек- тропривода. В конкретных условиях те или иные элементы, кроме электромеханического преобразователя энергии могут отсутство- вать, поэтому его часто называют главным или основным функ- циональным элементом электропривода. К электромеханическим преобразователям энергии могут быть отнесены не только электрические двигатели, но и простейшие по сравнению с ними устройства — электромагниты, используемые иногда в устройствах с ограниченным перемещением. Более того, общие закономерности электромеханического преобразования энергии, как мы увидим далее, удобнее проследить именно на примере простейшего электромагнита. Конструктивная сложность большинства современных электродвигателей усложняет матема- тическое описание процесса преобразования энергии, что делает его менее наглядным и более трудным для понимания. Общая структура электропривода
К покупке доступен более свежий выпуск
Перейти