Основы электропривода: Электропривод и его основные компоненты

Электропривод и его основные компоненты

Электрический привод, сокращенно электропривод — электромеханическая система, состоящая в общем случае из взаимодействующих преобразователей электроэнергии, электромеханических и механических преобразователей, управляющих и информационных устройств и устройств сопряжения с внешними электрическими, механическими, управляющими и информационными системами, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса [1].

Функциональная схема электропривода, где ЭП — электрический преобразователь, ИУ — информационное устройство, ЭМП — электромеханический преобразователь (электродвигатель), МП — механический преобразователь, ИО — исполнительный орган.

Основные компоненты

Электродвигатель

Электромеханический преобразователь, предназначенный для преобразования электрической энергии в механическую.

Система управления электропривода

Совокупность управляющих и информационных устройств и устройств сопряжения электропривода, предназначенных для управления электромеханическим преобразованием энергии с целью обеспечения заданного движения исполнительного органа рабочей машины.

Механический преобразователь

Предназначен для передачи механической энергии от электродвигателя к исполнительному органу рабочей машины и согласованию вида и скоростей их движения.

• Вращательный
• Прямолинейный

• Поступательный
• Со сложным движением

Полезная информация

База знаний

Описание разных видов электромеханических преобразователей и электрических машин в частности. Ключевые даты истории создания электродвигателя.

Основы электроприводов | Festo

Увеличение использования сервоприводов в промышленности выявило недостаток знаний и навыков, что может негативно влиять на производительность. Данный курс раскрывает вопросы использования сервоприводов в промышленности и позволит Вам обрести знания и умения для подбора, наладки и обслуживания основных сервоприводов.

Целевая аудитория: обслуживающий персонал, операторы, инженеры и специалисты в области электротехники, занятые в наладке и обслуживании сервоприводов, преподаватели и тренеры.

Основные темы курса:

• Основные характеристики приводов
• Взаимодействие магнитных полей и механических сил: принцип работы генераторов
• Основные виды электродвигателей: преимущества и недостатки
• Асинхронные и синхронные двигатели: конструкция принцип работы
• Способы регулирования частоты вращения вала двигателя
• Скалярное и векторное управление двигателями
• Двигатели постоянного тока: конструкция принцип работы
• Шаговые двигатели: конструкция принцип работы
• Сервоприводы: конструкция принцип работы
• Обратная связь в серводвигателе
• Линейные приводы: конструкция принцип работы
• Оси для приводов линейного перемещения объектов
• Конструкция и принцип работы осей с ременной, винтовой и линейной передачей: сравнительная характеристика, преимущества и недостатки
• Программное обеспечение Positioning Drives для расчета и подбора приводов
• Последовательность действий расчета и анализ полученных результатов.

Участники:

• Поймут способы управления шаговыми двигателями и сервоприводами
• Изучат критерии подбора приводов
• Рассмотрят компоненты, необходимые для системы с электронным приводом и требования электромагнитной совместимости
• Смогут использовать конфигурационное программное обеспечение
• Смогут собирать, подключать питание и конфигурировать систему
• Смогут выбирать наиболее подходящие привода для конкретных задач
• Научатся осуществлять поиск и устранение неисправностей, распознавать сообщения об ошибках
• Узнают основные требования техники безопасности при работе с сервоприводами

Начальная подготовка: базовые знания в области электроники и датчиков.

Продолжительность: 4 дня

Основы электропривода

Основы электропривода

Для каталогаКрасовский, А. Б. Основы электропривода : учебное пособие / А. Б. Красовский — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015. — 405 с. — ISBN 978-5-7038-4060-3. — Текст : электронный // ЭБС «Консультант студента» : [сайт]. — URL : https://www.studentlibrary.ru/book/ISBN9785703840603.html (дата обращения: 17.06.2021). — Режим доступа : по подписке.

АвторыКрасовский А.Б.

ИздательствоМГТУ им. Н.Э. Баумана

Тип изданияучебное пособие

Год издания2015

ПрототипЭлектронное издание на основе: 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.

АннотацияКратко 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. <br> 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.

Гриф

Допущено Учебно-методическим объединением вузов по университетскому политехническому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по машиностроительным направлениям подготовки

Загружено 2019-08-31 03:20:31

Основы электропривода и электроснабжения. Назначение электропривода и режимы работы электродвигателей. Расчёт и выбор электродвигателей. Управление электроприводом.

Электроприводом называется электромеханическое устройство, предназначенное для электрификации и автоматизации рабочих процессов.

Электропривод состоит из преобразующего, электродвигательного, передаточного и управляющего устройств.

Электроснабжение — совокупность мероприятий по обеспечению электроэнергией потребителей.

Основной задачей электропривода является приведение в движение рабочего органа производственного механизма по определенному закону. Закон изменения параметров электрического привода зависит от технологического процесса, выполняемого производственным механизмом, для которого данный электрический привод используется.

Различают 3 режима работы электродвигателей:

1) Длительный режим:

При постоянной нагрузке температура перегрева двигателя τ постепенно достигает установившегося значения, при котором двигатель может работать неограниченно долгое время.

При переменной нагрузке температура двигателя колеблется, но но приблизительно может считаться неизменной.

2) Кратковременный режим. В этом режиме двигатель работает ограниченное время t_k, в течение которого температура перегрева τ не успевает достигнуть установившегося значения. За время отключения двигатель охлаждается до температуры окружающей среды.

3) Повторно-кратковременный режим. Время нагрузки t_p(время работы) чередуется с паузами t_п. За время нагрузки температура перегрева не успевает достигнуть установившегося значения, а за время паузы двигатель не успевает полностью охладиться. Через определенное число циклов среднее значение температуры достигает некоторого установившегося значения.

Выбор электродвигателя и кинематический расчет привода выполняются в следующей последовательности:

1. Определяют общий КПД привода по формуле: h_общ = h₁ · h₂ ·h₃ … h_n

2. Производят подбор электродвигателя по потребной мощности

3. Определяют общие передаточные числа приводов

4. Производят разбивку по ступеням одного или нескольких полученных значений u_общтак, чтобы выполнялось условие

5. Исключают из дальнейшего рассмотрения те из электродвигателей, при использовании которых передаточные числа передач выйдут за пределы рекомендуемых значений.

Управление электроприводами предусматривает операции пуска, торможения, регулирования скорости, реверсирования, а также поддержание заданного режима работы привода в соответствии с требованиями технологического процесса и может быть ручным, полуавтоматическим и автоматическим.

· При ручном управлении все операции осуществляет оператор с помощью рубильников, контроллеров, реостатов, находящихся у рабочей машины. При использовании контакторов, магнитных пускателей, кнопок, управление осуществляется дистанционно. Ручное управление не позволяет полностью использовать возможности электропривода из-за больших затрат времени на переключения, что привело к созданию систем полуавтоматического и автоматического управления.

· При полуавтоматическом управлении начальные и конечные операции выполняет оператор, а остальное происходит автоматически.

· Автоматическое управление электроприводом осуществляется без непосредственного участия человека, его функции сводятся к подаче первоначального импульса и обеспечивает рост производительности труда, повышение качества продукции, снижает расход электроэнергии, повышает надежность работы машин.

Требования к пусковой и защитной аппаратуре электродвигателей. Нагрев и охлаждение двигателей. Механические и электромеханические характеристики двигателей.

Требования к пусковой и защитной аппаратуре электродвигателей:

· напряжение и номинальный ток аппаратов должны соответствовать напряжению и расчетному (длительному) току цепи;

· номинальные токи плавких вставок предохранителей и расцепителей автоматических выключателей нужно выбирать, по возможности, близкими к расчетным токам электроприемника или линии;

· аппараты защиты не должны отключать установку при перегрузках, возникающих в условиях нормальной эксплуатации, например при запуске короткозамкнутого электродвигателя;

При выборе пусковой и защитной аппаратуры учитывают условия окружающей среды, номинальный ток аппарата, разрывную мощность его контактов, частоту включений, допустимое значение тока короткого замыкания в защищаемых цепях и другие требования, предъявляемые к работе аппарата.

При работе любого электродвигателя часть поступающей ктему энергии затрачивается на потери, связанные с нагревом обмоток и магнитопроводов, трением в подшипниках и вращающихся частей о воздух. Хотя потери энергии в современных электродвигателях невелики, при их работе все же выделяется значительное количество тепла, что приводит к нагреву электродвигателей. Различают постоянные и переменные потери в электрических машинах.

На холостом ходу нагрев машин определяется постоянными потерями. По мере загрузки машины увеличиваются переменные потери и нагрев ее повышается.

Для максимального использования (по тепловым возможностям) всех применяемых в электродвигателе материалов необходимо, чтобы при полной нагрузке его отдельные части нагревались до температур, близких к предельно допустимым. С этой же целью используется искусственное охлаждение электродвигателей, позволяющее большую часть выделяющегося при работе машины тепла отдавать окружающей среде.

Двигатель в процессе охлаждения, стремится к температуре окружающей среды – этот период может быть очень длительным. Для практических целей считают двигатель остывшим полностью, если его температура отличается от температуры окружающей среды не более чем на 3.

Механической характеристикой электродвигателяназывается зависимость его угловой скорости от вращающего момента ω = f(M).Здесь следует иметь ввиду, что момент М на валу двигателя независимо от направления вращения имеет положительный знак — момент движущий. Вместе с тем момент сопротивления Мс имеет знак отрицательный.

В качестве примеров на рис. приведены механические характеристики: 1 — синхронного двигателя; 2 – двигателя постоянного тока независимого возбуждения; 3 – двигателя постоянного тока последовательного возбуждения.

Электромеханической характеристикой двигателя постоянного тока называется зависимость скорости вращения от тока якоря.

Если подать напряжение на обмотку якоря при отсутствии тока на обмотке возбуждения, то магнитный поток будет равен нулю, а скорость будет стремиться к бесконечности. Такое явление называется разносом двигателя. Чтобы избежать разноса двигателя используются электродвигатели с параллельным возбуждением.

Основы электропривода Красовский А.Б. ISBN 978-5-7038-4060-3

Назад к каталогу

ISBN 978-5-7038-4060-3

Авторы: 

Красовский А.Б.

Тип издания: 

Учебное пособие

Издательство: 

Москва: МГТУ им. Н.Э. Баумана

Количество страниц: 

405

Аннотация

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.

Библиографическое описание

Скопировать библиографическое описание

Красовский А.Б. Основы электропривода / А.Б. Красовский. — Москва : МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015. — 405 с. — ISBN 978-5-7038-4060-3. — URL: https://ibooks.ru/bookshelf/364497/reading (дата обращения: 17.06.2021). — Текст: электронный.

Электропривод и автоматизация технологических комплексов

Образовательные программы: Электропривод и автоматизация технологических комплексов

Портал УрФУ
Каталог образовательных программ

Магистратура

Доцент
Бородин Михаил Юрьевич
кандидат технических наук

• «Электротехника, электроника, схемотехника»,
• «Основы электропривода»,
• «Системы управления электроприводами»,
• «Управление электромеханическими системами»,
• «Электромагнитная совместимость»,
• «Автоматизация технологических процессов»,
• «Информатика»,
• «Вычислительные машины, сети и системы»,
• «Теория автоматического регулирования»,
• «Вычислительные методы»

Подробнее

Старший преподаватель, Учебный мастер 2 категории
Есаулкова Дина Владимировна

• Компьютерная и микропроцессорная техника в электроприводе
• Цифровые системы управления

Подробнее

Профессор
Зюзев Анатолий Михайлович
доктор технических наук

• Введение в электротехнику и электроэнергетику
• Информатика
• Вычислительная техника
• Системы программного управления промышленными установками и робототехническими комплексами
• Модели механической части электроприводов
• Компьютерные, сетевые и информационные технологии

Подробнее

Доцент, Ведущий инженер
Ишматов Закир Шарифович
кандидат технических наук

• Основы теории автоматического управления
• Теория автоматического управления
• Избранные главы теории управления
• Микропроцессорные системы управления электроприводами
• Теория автоматического управления, часть I
• Теория автоматического управления, часть II

Подробнее

Доцент, Ведущий инженер
Кириллов Андрей Владиславович
Кандидат технических наук

• Электрический привод
• Теория электропривода
• Элементы систем автоматики
• Электроника
• Электрические и электронные устройства полиграфических машин
• Электрооборудование полиграфических машин

Подробнее

Заведующий кафедрой
Костылев Алексей Васильевич
кандидат технических наук

• Автоматизация зданий и сооружений
• Информационные технологии в электроэнергетике и электротехнике
• Основы силовой электроники
• Преобразовательная техника
• Системы инженерного проектирования электроприводов
• Современные методы проектирования электроприводов
• Информационные системы и автоматика зданий и сооружений
• Современные методы и средства управления
• Электротехнические комплексы и системы

Подробнее

Доцент, Доцент — лектор, Учебный мастер 2 категории
Куцин Валерий Васильевич
канд. техн. наук

• Автоматизация типовых технологических процессов
• Автоматизированный электропривод типовых механизмов
• Общий курс электропривода

Подробнее

Профессор
Метельков Владимир Павлович
Доктор технических наук

• Моделирование в технике
• Основы электропривода
• Основы электротехники
• Теория электропривода
• Теория электропривода, часть 1
• Теория электропривода, часть 2
• Электрический привод в системах электроснабжения

Подробнее

Подробнее

Доцент, Ведущий инженер
Плотников Юрий Валерьевич
кандидат технических наук

• Автоматическое регулирование и управление двигателями внутреннего сгорания
• Вопросы электромагнитной совместимости
• Наладка и эксплуатация электроприводов
• Основы ТАУ
• Системы управления электроприводами
• Системы управления электроприводами, часть I
• Теория автоматического управления
• Теория автоматического управления, часть I
• Теория автоматического управления, часть II
• Теория управления электроприводами
• Электропривод и автоматика типовых механизмов

Подробнее

Профессор, Ведущий инженер
Поляков Владимир Николаевич
доктор технических наук

• Теория управления электроприводами
• Системы управления электроприводами переменного тока
• Управление электромеханическими системами

Подробнее

Подробнее

<iframe src=»//www. googletagmanager.com/ns.html?id=GTM-Th4LTF»></iframe>

Электрические машины и основы электропривода (1964)

ОТ ИЗДАТЕЛЬСТВА

В учебном пособии излагаются основные сведения по электрическим машинам постоянного и переменного тока, трансформаторам, а также основы теории  электропривода. Приведены примеры решения основных типов задач по электрическим машинам с использованием международной системы единиц (СИ), а для  самопроверки даны контрольные вопросы. В пособие включены лабораторные работы, предусмотренные программой курса.

Книга написана в соответствии с программой курса «Электрические машины и электропривод» и  предназначается в качестве учебного пособия для учащихся техникумов электрификации сельского хозяйства. Пособие может быть использовано учащимися  заочных техникумов и электриками, обслуживающими электрические машины.

ВВЕДЕНИЕ

История развития электрических машин насчитывает более ста лет. Значительную роль в развитии науки об электрических машинах сыграло открытие английским ученым М. Фарадеем в 1831 г. закона электромагнитной индукции. Открытие явления электромагнитной индукции сразу же приобрело огромное научное и практическое  значение и легло в основу всей современной электротехники. В 1833 г. русский ученый академик Э. X. Ленц обобщил открытый М. Фарадеем закон электромагнитной индукции, сформулировав его в виде известного в физике правила Ленца. Ленц открыл принцип обратимости  преобразования электрической энергии в механическую,  исследовал зависимость между количеством тепла, выделяющимся при прохождении тока через проводник, и силой тока, известную в физике как закон Ленца—Джоуля, объяснил явление реакции якоря, заложив этим основы теории электрических машин.

Русский ученый академик Б. С. Якоби в 1834 г.  изобрел первый в мире двигатель постоянного тока,  построенный по принципу вращательного движения, а в 1838 г. практически применил его для привода в движение лодки. В своих работах по минному делу Якоби применял  индукционную катушку. Якоби изобрел коллектор для  выпрямления тока, открыл появление обратной э. д. с. при  вращении якоря электродвигателя. В 1852 г. немецкий электротехник Г. Д. Румкорф  построил индукционную катушку, применив в ней принцип трансформации электроэнергии. В 1860 г. итальянский физик А. Пачинотти изобрел и построил электрический двигатель постоянного тока с кольцевым якорем.

В 1870 г. французский изобретатель 3. Т. Грамм  построил электрический генератор с кольцевым якорем, а в 1873 г. немецкие электротехники Ф. Гефнер—Альтенек и Э. Сименс сконструировали электрическую машину с барабанным якорем. Профессор Московского университета А. Г. Столетов в 1872 г. исследовал магнитные свойства стали, построил кривые намагничивания, заложив основы теории расчета магнитных цепей электрических машин. В 1876 г. русский изобретатель П. Н. Яблочков  изобрел трансформатор с разомкнутым стальным  сердечником, который применил для питания «свечей Яблочкова». Яблочков является основоположником применения  переменного тока в практической электротехнике. В 1888 г. итальянский физик Г. Феррарис опубликовал статью об открытии явления вращающегося магнитного поля, которое лежит в основе принципа действия  двигателей переменного тока. Одновременно с Феррарисом сербский изобретатель Н. Тесла открыл явление  вращающегося магнитного поля и построил двухфазный  асинхронный электродвигатель.

Началом практического применения переменного тока следует считать 1889 г., когда выдающийся русский изобретатель М. О. Доливо-Добровольский построил первый в мире трехфазный асинхронный двигатель и трехфазный трансформатор. В 1891 г. Доливо-Добровольским была сооружена первая линия электропередачи трехфазного переменного тока протяженностью 175 км при напряжении 15 000 в с применением трехфазных трансформаторов. Электрическая энергия передавалась из города Лауфена во Франкфурт-на-Майне, где на Всемирной электротехнической выставке демонстрировался изобретенный Доливо-Добровольским трехфазный асинхронный двигатель. М. О. Доливо-Добровольский изобрел систему трехфазного тока, разработал способы соединения обмоток в звезду и  треугольник, двигатель с двойной беличьей клеткой,  синхронный компенсатор и многое другое. Работы Доливо- Добровольского, одного из одареннейших русских  инженеров, обусловили быстрый прогресс электротехники переменного тока и бурное развитие промышленного электропривода.

В дореволюционной России электромашиностроение было развито слабо. Отдельные заводы, в большинстве своем являвшиеся сборочными, принадлежали  иностранным фирмам (Сименс-Шуккерт, АЕГ и другие),  электрические машины собирались из деталей, доставленных из-за границы. После Великой Октябрьской социалистической  революции советское электромашиностроение начало быстро развиваться, были построены мощные  электромашиностроительные заводы в Москве, Ленинграде, Харькове и других городах страны. В настоящее время в нашей стране имеется большое количество электромашиностроительных заводов, которые выпускают крупнейшие в мире турбогенераторы,  гидрогенераторы и трансформаторы. Выпускается большое количество электродвигателей, трансформаторов,  пусковой аппаратуры. XXII съезд КПСС — съезд строителей коммунизма принял грандиозную программу строительства  коммунистического общества. Поставлена задача в течение ближайших двух десятилетий создать материально- техническую базу коммунизма — это главная  экономическая задача, основа генеральной линии нашей  партии.

Программой КПСС намечено к 1980 г. довести годовое производство электроэнергии довести до 2700—3000 млрд. квт.ч, т. е. увеличить почти в 10 раз по сравнению с  производством электроэнергии в настоящее время. Будет создана Единая Энергетическая Система СССР (ЕЭС), в которую будут включены все электростанции страны. Это позволит повысить коэффициент  использования оборудования электростанций и их коэффициент полезного действия, даст возможность перебрасывать большое количество электроэнергии из одного района в другой.

Партия считает одной из важнейших задач быструю электрификацию сельского хозяйства. Все совхозы и колхозы будут обеспечены электроэнергией для производственных и бытовых целей от  государственных .энергетических систем, а также путем строительства сельских электростанций. Сплошная электрификация страны даст огромные  возможности для повышения производительности труда, для комплексной механизации и автоматизации  производственных процессов, а это генеральная линия нашего технического прогресса.

Раздел первый

МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Глава I

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И УСТРОЙСТВО МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА

§ 1. Основные законы электротехники в применении к теории электрических машин В основе принципа действия ‘электрических машин лежит закон электромагнитной  индукции. Согласно этому  закону, в проводнике,  перемещающемся относительно  магнитного поля в плоскости, перпендикулярной к  направлению магнитных силовых линий, индуктируется  электродвижущая сила — э. д. с. (рис. 1).

Направление э. д. с. в проводнике определяют по правилу правой руки. Если ладонь правой руки расположить в магнитном поле так, чтобы силовые линии поля были направлены в ладонь, а большой палец, отогнутый в плоскости ладони на 90°, показывал  направление движения проводника, то остальные пальцы,  вытянутые в плоскости ладони, покажут направление  индуктированной в проводе э. д. с. (рис. 2).Направление э. д. с. и тока в проводе от нас условились обозначать в сечении провода знаком креста (+), а к нам — точкой (. ) (рис. 3). Существует вторая формулировка закона  электромагнитной индукции, согласно которой индуктируемая в контуре э. д. с.  пропорциональна скорости изменения магнитного потока Ф,  пронизывающего контур. Если магнитный поток Ф в контуре уменьшается, то направление тока таково, что созданный им магнитный поток стремится увеличить магнитный поток Ф,  пронизывающий контур, а если магнитный поток Ф в контуре увеличивается, то,  наоборот, ток в контуре  создает магнитный поток, направленный против  магнитного потока Ф.

Направление  магнитных силовых линий вокруг провода с током  определяют по правилу буравчика: если  буравчик ввинчивать в  проводник по направлению тока, то направление его  вращения укажет направление магнитного поля, созданного током (рис. 4). Принцип действия электродвигателя основан на  взаимодействии магнитных полей полюсов и проводников, по которым протекает ток. Если ток в проводе идет от нас (рис. 5), то, по правилу буравчика, магнитные силовые линии вокруг проводника Рис 3. Условное обозначение направления э д. с. и тока в проводнике направлены по часовой стрелке. В результате сложения магнитных полей полюсов и проводника усилится  магнитное поле справа от  проводника и ослабится слева от него.

К проводнику будет приложена сила, выталкивающая его в сторону ослабленного магнитного поля,  т. е. влево. Направление действия силы F на проводник  может быть определено по правилу левой руки: если поместить левую руку в магнитном поле так, чтобы в ладонь входили  магнитные силовые линии, а вытянутые пальцы  показывали направление тока в проводнике, то большой палец, отогнутый в  плоскости ладони на 90°,  будет показывать направление действия электромагнитной силы F на проводник (рис. 6).

Из рассмотренных основных законов  электротехники можно сделать вывод, что электрические машины обратимы, т. е. если в магнитном поле вращать виток, то в нем будет индуктироваться э. д. с, а если пропускать по витку ток, то виток будет вращаться в магнитном поле.

§ 2. Принцип действия генератора постоянного тока

Рассмотрим принцип действия простейшего генератора, выполненного из одного витка, вращаемого по часовой стрелке в магнитном поле. Между двумя полюсами  поместим виток, намотанный на стальной цилиндр (рис. 7). Концы витка  присоединены к двум кольцам, на которых установлены  неподвижные щетки А и Б. Силовые линии  направлены радиально по  отношению к стальному  цилиндру, причем полюса имеют такую форму, что  магнитная индукция в воздушном зазоре между полюсами и стальным цилиндром распределена  синусоидально. Зазор между  полюсами и цилиндром  неодинаков: между  серединой полюса и цилиндром зазор меньше, чем между краями полюсов и цилиндром. При такой конструкции направление движения проводника везде  перпендикулярно к направлению магнитных силовых линий.

При вращении витка в нем индуктируется э. д. с,  синусоидальная по форме кривой, так как магнитная  индукция в зазоре синусоидальна. Когда виток абвг расположен горизонтально, индуктируемая в нем э. д. с. равна нулю, так как стороны витка движутся в пространстве, где магнитная индукция равна нулю. При вертикальном положении витка его стороны движутся в поле с  максимальной магнитной индукцией, поэтому и э. д. с. имеет максимальное значение. Когда провод аб проходит под северным полюсом, э. д. с. в этом проводе направлена от нас; если провод аб проходит под южным полюсом, то э. д. с. в проводе изменяет свое направление, таким образом, в витке индуктируется переменный ток. Для выпрямления тока применяют коллектор.  Простейший коллектор — это два изолированных полукольца, к которым присоединяют концы витка (рис. 8). Щетки на коллекторе  устанавливают так, чтобы они  переходили с одного  полукольца на другое, когда индуктируемая э. д. с. в витке равна нулю.

Щетка А  соприкасается всегда с тем  полукольцом, провод от которого проходит под северным полюсом, а щетка Б с  полукольцом, провод от  которого проходит под  южным полюсом. Поэтому во внешней цепи ток течет в одном направлении от щетки Б к щетке А. Щетка, с которой ток стекает в сеть, имеет знак плюс (+), а к которой ток притекает, — знак минус (—). Выпрямленный ток пульсирует. При одном витке величины э. д. с. и тока изменяются от нуля до  максимума. Для уменьшения пульсации на барабан наматывают большое число витков. Рассмотрим простейший генератор с двумя витками, намотанными на стальное кольцо (рис. 9, а), каждый виток присоединяют к паре  коллекторных пластин так, чтобы цепь обмотки была замкнутой. Оба витка как источники э. д. с. оказываются  включенными параллельно, и э. д. с. на щетках определяется величиной э. д. с. одного витка, ток же в цепи нагрузки может быть в 2 раза больше, чем при одном витке. Кривая выпрямленного тока и э. д. с. имеет такой же вид, как и при одном витке (рис. 8). Если на стальном кольце расположить четыре витка, увеличив число коллекторных пластин до четырех так, чтобы цепь обмотки была замкнутой системой (рис. 9, б), то кривые э. д. с. витков 1 и 2 будут сдвинуты по фазе на 90° (рис. 10).

Стальное кольцо с намотанными на него витками  называют кольцевым якорем. Так как величина э. д. с. на щетках кольцевого якоря определяется величиной э. д. с. в одной ветви с витками 1 и 2, то для получения  суммарной э. д. с. на щетках  сложим мгновенные значения э. д. с. витков 1 и 2. На  рисунке 10, а показаны кривые э. д. с. витков 1 и 2 до  выпрямления их коллектором, а на рисунке 10, б — после  выпрямления. Жирной линией на  рисунке 10, б показана суммарная э. д. с. на щетках машины. Суммарная э. д. с. кольцевого якоря с четырьмя витками имеет меньшую пульсацию, чем э. д. с. кольцевого якоря с двумя витками. Для  получения э. д. с. с очень малой  пульсацией на якорь наматывают большое число витков, а коллектор делают из большого числа пластин. Так, например, при коллекторе из 16  пластинок при двух полюсах  пульсация э. д. с. составит менее 1 %. Существуют и  бесколлекторные машины постоянного тока, например униполярные. Если в магнитном поле с  помощью рукоятки вращать  металлический диск, в нем будет индуктироваться э. д. с. (рис. 11). Применив правило правой руки, можно убедиться, что при вращении рукоятки по часовой стрелке э. д. с. будет  направлена от оси диска к его  периферии. Если к щеткам,  установленным на оси и по окружности диска, присоединить нагрузку, то в цепи пойдет ток от плюса к минусу.

В настоящее время имеются униполярные машины на сравнительно большие токи (до 150 000 а). Униполярные машины сейчас почти не применяются, поэтому подробно их устройство мы не рассматриваем.

§ 3, Устройство машины постоянного тока Машина постоянного тока состоит из следующих  основных частей: станины, полюсов, якоря с коллектором, подшипниковых щитов с подшипниками,  щеткодержателей со щетками (рис. 12).

Станина машины — это замкнутый магнитопровод, обычно выполненный из стали. К внутренней части станины прикрепляют главные и дополнительные полюса. В нижней наружной части станина имеет лапы, при  помощи которых машину крепят на фундаменте. К бокам станины прикреплены подшипниковые щиты (рис. 13), в которых установлены подшипники скольжения или качения. В современных быстроходных машинах ставят подшипники качения (роликовые или шариковые). Главные полюса, прикрепляемые болтами к внутренней части станины, предназначены для  создания магнитного потока. Сердечники 4 (рис. 14) главных полисов изготовляют из  отдельных листов  электротехнической стали  толщиной 1 мм. Со стороны якоря сердечник  полюса имеет уширение 3, которое называется  полюсным  наконечником, или башмаком, и  служит для лучшего  охвата якоря полюсом. В машинах небольшой мощности сердечники полюсов выполняют из литой стали. На  сердечник полюса надевают катушку возбуждения 2, которую выполняют на стальном или картонном каркасе из  изолированного медного провода. В машинах небольшой  мощности обмотку возбуждения выполняют без каркаса.

Между главными  располагают добавочные полюса, назначение  которых объяснено в главе V, § 2 (рис. 15). Вращающуюся часть  машины постоянного тока, в  которой индуктируется э. д. с, называют якорем (рис. 16). Якорь набирают из  отдельных листов  электротехнической стали толщиной 0,5 мм, изолированных друг от друга слоем лака или бумаги толщиной 0,03—0,05 мм для уменьшения потерь от вихревых токов. Иногда изоляцией служит тонкий слой окиси. В состав листовой электротехнической стали,  применяемой для изготовления электрических машин и  трансформаторов, входит кремний (силиций). Присадка кремния увеличивает удельное электрическое сопротивление стали, что способствует уменьшению потерь на вихревые токи, но одновременно кремний ухудшает механические свойства стали, делает ее хрупкой, она после 1—2 перегибов  ломается.

…

Что такое электрический привод? — Определение, части, преимущества, недостатки и применение

Определение : Система, которая используется для управления движением электрической машины, такой тип системы называется электроприводом. Другими словами, привод, в котором используется электродвигатель, называется электрическим приводом. В электрическом приводе в качестве основного источника энергии используются любые первичные двигатели, такие как дизельный или бензиновый двигатель, газовые или паровые турбины, паровые двигатели, гидравлические двигатели и электродвигатели.Этот первичный двигатель передает механическую энергию приводу для управления движением.

Блок-схема электропривода представлена ​​на рисунке ниже. Электрическая нагрузка, такая как вентиляторы, насосы, поезда и т. Д., Состоит из электродвигателя. Требование электрической нагрузки определяется скоростью и крутящим моментом. Для привода нагрузки выбирается двигатель, соответствующий возможностям нагрузки.

Детали электропривода

Основными частями электроприводов являются силовой модулятор, двигатель, блок управления и датчики.Их части подробно описаны ниже.

Модулятор мощности — Модулятор мощности регулирует выходную мощность источника. Он управляет мощностью от источника к двигателю таким образом, чтобы двигатель передавал характеристику скорости-момента, требуемую нагрузкой. Во время переходных процессов, таких как запуск, торможение и изменение скорости, чрезмерный ток, потребляемый от источника. Этот чрезмерный ток, потребляемый от источника, может перегрузить его или вызвать падение напряжения.Следовательно, модулятор мощности ограничивает ток источника и двигателя.

Модулятор мощности преобразует энергию в соответствии с требованиями двигателя, например, если источником является постоянный ток и используется асинхронный двигатель, то модулятор мощности преобразует постоянный ток в переменный. Он также выбирает режим работы двигателя, т. Е. Двигательный или тормозной.

Блок управления — Блок управления управляет модулятором мощности, который работает на малых уровнях напряжения и мощности. Блок управления также по желанию управляет модулятором мощности.Он также генерирует команды для защиты силового модулятора и двигателя. Входной командный сигнал, который регулирует рабочую точку привода, от входа к блоку управления.

Датчик — Он определяет определенные параметры привода, такие как ток и скорость двигателя. В основном это требуется либо для защиты, либо для работы в замкнутом контуре.

Преимущества электропривода

Ниже приведены преимущества электропривода.

• Электропривод имеет очень большой диапазон крутящего момента, скорости и мощности.
• Их работа не зависит от условий окружающей среды.
• Электроприводы не загрязнены.
• Электроприводы работают во всех квадрантах скоростного момента.
• Привод легко запускается и не требует дозаправки.
• КПД приводов высокий, потому что на нем меньше потерь.

Электроприводы имеют множество преимуществ, указанных выше. Единственным недостатком привода является то, что иногда механическая энергия, производимая первичным двигателем, сначала преобразуется в электрическую энергию, а затем в механическую работу с помощью двигателя.Это можно сделать с помощью электрического соединения, связанного с первичным двигателем и нагрузкой.

Из-за следующих преимуществ механическая энергия, уже доступная от неэлектрического первичного двигателя, иногда сначала преобразуется в электрическую энергию генератором и обратно в механическую энергию электродвигателя. Таким образом, электрическая связь обеспечивает между неэлектрическим первичным двигателем и воздействием нагрузки на характеристику гибкого управления привода.

Например, — Тепловоз вырабатывает дизельную энергию с помощью дизельного двигателя.Механическая энергия преобразуется в электрическую с помощью генератора. Эта электрическая энергия используется для привода другого локомотива.

Недостатки электропривода

Сбой питания полностью отключил всю систему.

1. Применение привода ограничено, поскольку его нельзя использовать в местах, где нет источника питания.
2. Может вызвать шумовое загрязнение.
3. Первоначальная стоимость системы высока.
4. Имеет плохой динамический отклик.
5. Низкая выходная мощность привода.
6. При обрыве проводов или коротком замыкании система может выйти из строя, из-за чего возникает несколько проблем.

Применение электропривода

Он используется в большом количестве промышленных и бытовых приложений, таких как транспортные системы, прокатные станы, бумагоделательные машины, текстильные фабрики, станки, вентиляторы, насосы, роботы, мойки и т. Д.

S K Pillai: 9781781830116: Amazon.com: Книги

КЛЮЧЕВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ:

Основы электроприводов обсуждались с учетом интересов студентов-электротехников.
Динамика электроприводов; характеристики двигателей постоянного и переменного тока при пуске, работе и торможении; определение номинала и нагрева двигателей подробно описано.
Приводы, используемые в различных отраслях промышленности, обсуждаются в отдельной главе. Промышленное применение.
Решенные примеры и проблемы приведены в конце большинства глав.

О КНИГЕ:

Книга знакомит студентов с последними тенденциями развития электродвигателей, используемых в качестве тягачей в системах электропривода.

Глава «Введение в твердотельные управляемые приводы» была расширена и теперь включает разделы о все более широко используемых бесщеточных двигателях постоянного тока и реактивных двигателях с регулируемым сопротивлением.

Также была включена отдельная глава, посвященная наиболее часто используемым приводным двигателям с контролем положения, а именно шаговым двигателям.

Приводы, используемые в быстрорастущей нефтяной промышленности, включены в главу «Промышленное применение».

СОДЕРЖАНИЕ:

Введение
Динамика электроприводов
Характеристики двигателей постоянного тока
Характеристики двигателей переменного тока
Пуск
Электрическое торможение
Номинальные характеристики и нагрев двигателей
Введение в твердотельные управляемые приводы
Шаговые двигатели
Промышленное применение

New Academic Science — недавно созданное издательство по науке, технике и медицине.

Мы предлагаем академическому сообществу тексты и справочники высокого уровня. Наши книги, написанные ведущими учеными и профессионалами из престижных институтов по всему миру, привлекают внимание к инновационным исследованиям и новейшим теориям и концепциям преподавания.

Некоторые из многих областей, в которых мы публикуем, включают:

— Электротехника
— Машиностроение
— Химия
— Математика
— Физика
— Информатика

Электроприводы: Введение, классификация — Силовая электроника

Электроприводы :

Что подразумевается под электрическими приводами?

• Системы, используемые для управления движением, называются приводами.
• Он может использовать любой из первичных двигателей (дизельные двигатели, паровые турбины и электродвигатели) для подачи механической энергии для управления движением.
• Приводы, в которых используются электродвигатели, называются электрическими приводами.
• Другими словами,
  A Drive — это комбинация различных систем, объединенных вместе с целью управления движением.

Основные компоненты системы электропривода :

Система электропривода имеет пять основных функциональных блоков, а именно: источник питания, модулятор мощности (преобразователь), двигатель, механическую нагрузку и контроллер (который включает в себя датчик и управляющий элемент). Ед. изм).

• Источник питания обеспечивает необходимую энергию для системы электропривода. Преобразователь связывает двигатель с источником питания и обеспечивает двигатель регулируемым напряжением, током и частотой.
• Контроллер контролирует работу всей системы и обеспечивает общую производительность и стабильность системы. В нашем решении нет оценок механической нагрузки и типа источника питания.
• Механические нагрузки определяются характером промышленной эксплуатации, а источник энергии определяется тем, что имеется на объекте.Но мы можем выбрать другие компоненты, такие как электродвигатель, преобразователь и контроллер.
• Функция преобразователей заключается в преобразовании формы волны электрического сигнала источника питания в форму волны, которую может использовать двигатель. Например, доступным источником питания является переменный ток, а двигателем — двигатель постоянного тока, тогда преобразователь преобразует переменный ток в постоянный. Другими словами, в систему помещается выпрямительный контур.
• Двигатель для конкретного применения выбирается с учетом различных факторов, таких как стоимость, соответствие уровню мощности и производительности, требуемой нагрузкой в ​​установившемся режиме и динамических операциях.

Преимущества электроприводов:

• Не загрязнять окружающую среду.
• В отличие от других тягачей, двигатель не требует дозаправки и прогрева.
• Доступны с широким диапазоном крутящего момента, скорости и мощности.
• Можно использовать электрическое торможение. Поэтому они обладают гибкими характеристиками управления.
• Раньше асинхронные и синхронные двигатели использовались в основном в приводах с постоянной скоростью.В приводах с регулируемой скоростью используется двигатель постоянного тока.
• В настоящее время электродвигатели переменного тока также используются в приводах с регулируемой скоростью благодаря развитию полупроводниковых преобразователей.
• Причина в наличии коллектора и щеток, двигатели постоянного тока имеют ряд недостатков.

Применение (тяговые двигатели):

Одним из основных применений электроприводов является электрическая тяга. т.е. перевозить людей и материалы из одного места в другое. Различные типы электрической тяги:
(i) Электропоезда
(ii) Электрические автобусы
(iii) Трамваи (трамваи) и троллейбусы
(iii) Транспортные средства на солнечных батареях
В Индии используется однофазное питание 25 кВ, 50 Гц для тяги.

Классификация электроприводов:
Обычно электрические приводы классифицируются следующим образом:
[1] Групповой привод
[2] Индивидуальный привод
[3] Многодвигательный привод

В дополнение к этому приводы классифицируются следующим образом:
На основе при поставке:
приводы переменного и постоянного тока
На основе рабочей скорости:
Приводы с постоянной скоростью (односкоростной) и регулируемые приводы
На основе количества двигателей:
Однодвигательные приводы и многодвигательные приводы
На основе управления Параметр:
Константа моментные приводы и приводы постоянной мощности

Подробнее:

Двигатель постоянного тока [PMDC] с постоянным магнитом
Бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC)

Что такое привод переменного тока и как он работает?

Олли Тева описывает технологию приводов переменного тока и, в частности, ее использование в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Привод переменного тока — это устройство, которое используется для управления скоростью электродвигателя.Скорость регулируется изменением частоты подачи электроэнергии к двигателю.

Трехфазное напряжение в национальной электросети, подключенное к двигателю, создает в нем вращающееся магнитное поле. Ротор электродвигателя будет следовать за этим вращающимся магнитным полем.

Управление скоростью двигателя

Скорость регулируется приводом переменного тока, преобразующим частоту сети в диапазон от 300 Гц или даже выше. Таким образом, скорость двигателя регулируется пропорционально частоте.

Технология управления скоростью двигателя переменного тока состоит из:

• Выпрямительный блок : Электропривод переменного тока получает питание от электрической сети через выпрямитель. Выпрямительный блок может быть однонаправленным или двунаправленным. В однонаправленном режиме привод переменного тока может ускорять и запускать двигатель, забирая энергию из сети. Если привод переменного тока является двунаправленным, он также может получать механическую энергию вращения от двигателя, обрабатывать и передавать ее обратно в электрическую сеть.
• Цепь постоянного тока: Цепь будет накапливать электрическую энергию выпрямителя для использования инвертором.В большинстве случаев энергия хранится в конденсаторах большой мощности.
• Inverter Uni: Инверторный блок привода двигателя переменного тока берет электрическую энергию из цепи постоянного тока и подает ее на двигатель. Инвертор использует методы модуляции для создания необходимого выходного трехфазного переменного напряжения для двигателя. Частоту можно регулировать в соответствии с потребностями процесса. Чем выше частота выходного напряжения, тем выше скорость двигателя и, следовательно, производительность процесса.

Преимущества привода двигателя переменного тока

Типы двигателей, которыми управляют приводы переменного тока, обычно работают с постоянной скоростью. Предоставление пользователю возможности управлять скоростью двигателя потенциально дает ему различные преимущества с точки зрения управления процессом, нагрузки на систему и экономии энергии.

Управление процессом: управление выходом процесса в соответствии с потребностями; синхронизация различных частей основного процесса для обеспечения плавного перехода между подпроцессами; легко изменить настройку при изменении требований к процессу.

При нагрузке на систему: снижение пускового тока, что позволяет использовать предохранители и соединения питания меньшего размера и снижает пиковые нагрузки в электрической сети; уменьшение механического удара при запуске и остановке.

Энергия: экономия электроэнергии по сравнению с традиционными методами управления технологическим процессом. Например, в насосах и вентиляторах экономия энергии обычно составляет 20-50 процентов.

HVAC и AC

В системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) основные процессы связаны с нагревом, охлаждением, сушкой и циркуляцией воздуха.Вспомогательные процессы в основном связаны с отводом лишнего тепла из здания или обеспечением здания дополнительной тепловой энергией.

Большинство систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, в которых используются приводы переменного тока, — это вентиляторы, насосы и компрессоры.

Вентиляторы и насосы. Использование привода переменного тока для управления производительностью вентилятора или насоса вместо использования заслонок, лопаток, клапанов или двухпозиционного регулятора обеспечивает значительную экономию энергии, если требуемая мощность в большинстве случаев ниже номинальной.

Привод переменного тока регулирует скорость насоса и вентилятора, изменяя подаваемую электрическую энергию, а не демпфируя поток воздуха или воды.Это похоже на снижение скорости автомобиля путем уменьшения нажатия на акселератор вместо использования тормоза для снижения скорости. Срок окупаемости привода переменного тока обычно составляет один год или меньше.

Другими преимуществами использования привода переменного тока для управления скоростью вентилятора или насоса являются:

• Плавный подъем и спуск снижает нагрузку на механику вентиляторов и насосов, а также на воздуховоды и водяные трубопроводы.
• Снижение скорости вместо демпфирования выходного сигнала приведет к снижению уровня шума.

Введение в электрические машины и приводы

Инструкторы

Майкл Харке

Майкл получил степень бакалавра, магистра и доктора философии. Имеет степень бакалавра машиностроения в Университете Висконсин — Мэдисон в 1997, 1999 и 2006 годах, соответственно. Его исследования были сосредоточены на теории управления, электрических машинах и силовой электронике. Во время учебы он работал с многочисленными компаниями, включая Whirlpool, Ford Motor Company, Schneider Electric, International Rectifier и Hamilton Sundstrand.

В 2006 году Майкл присоединился к Hamilton Sundstrand в отделе прикладных исследований, где работал над управлением двигателями и силовой электроникой для аэрокосмических приложений, включая приводы двигателей и приводы. С 2010 по 2013 год он работал в Danfoss Power Electronics, где сосредоточился на управлении промышленными двигателями. С тех пор он вернулся в Hamilton Sundstrand, теперь известную как UTC Aerospace Systems. Он также является адъюнкт-профессором Римского университета Ла Сапиенца, преподает курс по динамическому анализу и управлению машинами переменного тока.

Майкл является членом Института инженеров по электротехнике и электронике, где он в прошлом был председателем Комитета по промышленным приводам и представителем общества в AdCom Совета по датчикам для Общества промышленных приложений. Он был сопредседателем технической программы Конгресса и выставки IEEE Energy Conversion в 2013 году. Он опубликовал 25 статей на конференциях и в журналах и имеет 8 патентов.

Томас Янс

Томас М.Янс — профессор кафедры электротехники и вычислительной техники Университета Висконсин-Мэдисон. Ранее Янс работал с отделом исследований и разработок GE и Массачусетским технологическим институтом, а также занимался исследованиями в области электрических машин, анализа и управления приводных систем, а также силовых электронных модулей.

Фил Коллмейер

Филип Коллмайер получил степени бакалавра, магистра и доктора в области электротехники в Университете Висконсин-Мэдисон в 2006, 2011 и 2015 годах соответственно с акцентом на электрические машины, силовую электронику и средства управления.

Будучи аспирантом, Фил построил прототип легкового электрического грузовика и возглавил разработку новой испытательной установки для хранения энергии. Он также выполнил ряд проектов по гибридному хранению энергии, старению аккумуляторов и моделированию аккумуляторов и ультраконденсаторов и получил две награды за преподавание в области электрических машин и приводов. Фил в настоящее время является старшим главным инженером-исследователем в Университете Макмастера, Гамильтон, Онтарио, Канада. Он является ведущим инженером команды из 40 аспирантов и докторантов, работающих над проектом «Автомобиль будущего», который финансируется Stellantis и Канадским советом по естественным наукам и инженерным исследованиям.

Майкл Райан

Майкл Райан получил степень бакалавра наук. Доктор электротехники в Университете Коннектикута, Сторрс, 1988 г., степень магистра в области электротехники в Политехническом институте Ренсселера, Трой, штат Нью-Йорк, 1992 г., и докторская степень в области электротехники. Кандидат электротехники в Университете Висконсин-Мэдисон, 1997. В UW-Madison Райан работал в лабораториях WEMPEC над проектами, включая преобразователи постоянного тока в постоянный, системы генерации с регулируемой скоростью и управление инверторами ИБП.

Райан — президент Ryan Consulting, занимающийся применением силовой электроники и средств управления, в частности, для систем альтернативной энергетики. Ранее он занимал должности в Capstone Turbine, подразделениях корпоративных исследований и разработок General Electric, а также в подразделениях оборонных систем, Automated Dynamics, Otis Elevator и Hamilton Standard.

Бюлент Сарлиоглу

Бюлент Сарлиоглу — доцент Жан ван Блейдел в Университете Висконсин-Мэдисон и заместитель директора Консорциума электрических машин и силовой электроники штата Висконсин (WEMPEC).Д-р Сарлиоглу проработал более десяти лет в аэрокосмическом подразделении Honeywell International Inc., в последнее время в качестве штатного системного инженера, получив награду Honeywell за технические достижения в 2003 году и награду за выдающиеся инженерные достижения в 2011 году. Д-р Сарлиоглу участвовал в нескольких программах, где был очень высок. -скоростные электрические машины и приводы используются в основном в авиакосмической и наземной технике. Доктор Сарлиоглу является изобретателем или соавтором 20 патентов США и многих других международных патентов. Вместе со своими учениками он опубликовал более 200 статей для журналов и конференций.Его область исследований — двигатели и приводы, включая высокоскоростные электрические машины, новые электрические машины, а также применение устройств с широкой запрещенной зоной в силовой электронике для повышения эффективности и удельной мощности. Он получил награду NSF CAREER в 2016 году и 4 ^{-ю премию} Grand Nagamori от Фонда Нагамори, Япония в 2019 году. Д-р Сарлиоглу стал почетным лектором IEEE IAS в 2018 году. Он был сопредседателем технической программы ECCE 2019 и генеральный председатель ITEC 2018. Он является сопредседателем специальной сессии ECCE 2020.

Основы приводов и контроллеров двигателей переменного тока

Приводы переменного тока используются для улучшения процесса и качества в промышленных и коммерческих приложениях, таких как ускорение, поток, мониторинг, давление, скорость, температура, напряжение и крутящий момент. Большинство основных приводов переменного тока включают в себя секцию выпрямителя, звено постоянного тока, инвертор и секцию управления, обычно основанную на микроконтроллере или микропроцессоре. Существует несколько топологий приводов и механизмов управления, используемых для реализации приводов и контроллеров двигателей переменного тока.

Нагрузки с фиксированной скоростью подвергают двигатель воздействию высокого пускового момента и скачков тока, которые до восьми раз превышают ток полной нагрузки. Приводы переменного тока используются для постепенного увеличения скорости двигателя до рабочей скорости, чтобы уменьшить механические и электрические нагрузки, снизить затраты на техническое обслуживание и ремонт и продлить срок службы двигателя и приводимого в действие оборудования.

Приводы

с регулируемой скоростью также могут запускать двигатель по специальным схемам, чтобы дополнительно минимизировать механические и электрические нагрузки. Например, шаблон S-образной кривой может быть применен к приложению конвейера для более плавного управления замедлением и ускорением, что уменьшает люфт, который может возникать при ускорении или замедлении конвейера.

Приводы переменного тока могут быть сложными системами. Основными элементами являются блок управления и силовой каскад. Тем не менее, несколько дополнительных элементов включают датчики положения, HMI, возможности подключения, управление питанием, защиту от электростатических разрядов, а также мониторинг состояния и профилактическое обслуживание. (Изображение: STMicroelectronics) Приложения для приводов двигателей переменного тока

можно разделить на одну квадрантную, двухквадрантную или четырехквадрантную, при этом четыре квадранта определены следующим образом:

• Квадрант I — Движение или движение, ускорение вперед с положительной скоростью и крутящим моментом.
• Квадрант II — Генерация или торможение, торможение вперед или замедление с положительной скоростью и отрицательным крутящим моментом
• Квадрант III — Движение или движение, обратное ускорение с отрицательной скоростью и крутящим моментом
• Квадрант IV — Генерация или торможение, обратное торможение или замедление с отрицательной скоростью и положительным крутящим моментом.

Четыре квадранта зависимости скорости двигателя переменного тока от крутящего момента для определения движения (движение) и торможения (генерации). (Изображение: Википедия)

В большинстве приложений используются одноквадрантные нагрузки, работающие в квадранте I, например, с переменным крутящим моментом (например.g., центробежные насосы или вентиляторы) и определенные нагрузки с постоянным крутящим моментом (например, экструдеры).

В некоторых приложениях используются двухквадрантные нагрузки, работающие в квадрантах I и II, где скорость положительна. Тем не менее, крутящий момент меняет полярность, как в случае замедления вентилятора быстрее, чем естественные механические потери. Некоторые источники определяют двухквадрантные приводы как нагрузки, работающие в квадрантах I и III, где скорость и крутящий момент имеют одинаковую (положительную или отрицательную) полярность в обоих направлениях.

Высокопроизводительные приложения могут включать четырехквадрантные нагрузки (квадранты с I по IV).Скорость и крутящий момент могут быть в любом направлении, например, в подъемниках, лифтах и ​​некоторых конструкциях конвейеров. Регенерация может происходить только в шине промежуточного контура привода, когда напряжение инвертора меньше по величине, чем обратная ЭДС двигателя, а напряжение инвертора и обратная ЭДС имеют одинаковую полярность.

Топологии приводов переменного тока

Приводы переменного тока

можно классифицировать в соответствии со следующими общими топологиями:

• Топологии привода инвертора с источником напряжения (VSI) : используйте шину конденсаторов для хранения выходного постоянного тока диодно-мостового преобразователя для подачи жесткого входного напряжения на инвертор.Подавляющее большинство приводов относятся к типу VSI с выходным напряжением ШИМ.
• Топологии привода инвертора с источником тока (CSI) : используйте последовательный дроссель для хранения выходного постоянного тока мостового преобразователя SCR для подачи жесткого входного тока в инвертор. Приводы CSI могут работать как с ШИМ, так и с шестиступенчатым выходным сигналом.
  • Топологии привода инвертора с коммутацией нагрузки (LCI) : это подмножество CSI, в котором на выходе постоянного тока мостового преобразователя SCR накапливается энергия через цепь индуктивности промежуточного звена постоянного тока для обеспечения жесткого квазисинусоидального шестиступенчатого токового выхода второго SCR -мостовой инвертор и возбужденная синхронная машина.
• Топологии циклоконвертера или матричного преобразователя (MC) — это преобразователи переменного тока в переменный без промежуточного звена постоянного тока для хранения энергии. Циклоконвертер работает как источник трехфазного тока через три встречно-параллельно соединенных SCR-моста в шестиимпульсной конфигурации. Каждая фаза циклоконвертера действует избирательно, преобразуя переменное напряжение с фиксированной частотой сети в переменное напряжение с переменной частотой нагрузки. Приводы MC основаны на IGBT.
• Топология системы восстановления проскальзывания с двойной подачей : подача выпрямленной энергии проскальзывания в сглаживающий реактор для подачи питания в сеть переменного тока через инвертор; скорость двигателя регулируется путем регулировки постоянного тока.

Методы управления приводом

Прямое преобразование включает в себя циклоконвертеры и другие матричные топологии, в которых входная мощность переменного тока напрямую преобразуется в переменную мощность переменного тока за один этап. Эти частотно-регулируемые приводы используются там, где скорость вращения относительно низкая, а требования к крутящему моменту высоки. Частотно-частотные преобразователи прямого преобразования генерируют большие гармонические токи и используются в двигательных установках судов, металлопрокатных станах, мельницах для измельчения руды и других подобных устройствах.

При регулировании В / Гц с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) скорость асинхронного двигателя регулируется регулируемой величиной напряжения и частоты статора таким образом, чтобы поток в воздушном зазоре всегда поддерживался на желаемом значении в установившемся режиме. -государственный.Иногда эту схему называют скалярным управлением, потому что она ориентирована только на установившуюся динамику.

Скалярное управление — это более простая форма управления двигателем, использующая схемы привода без векторного управления. Асинхронный двигатель переменного тока может быть переведен в установившееся состояние с помощью простых схем с питанием по напряжению, током или скоростью. Скалярной переменной можно управлять после получения ее значения путем прямого измерения или вычисления, и ее можно использовать как в формате обратной связи с открытым, так и с обратной связью.Хотя ее переходное поведение не является идеальным, скалярная система может давать удовлетворительный установившийся отклик.

Чтобы достичь лучших динамических характеристик, необходимо применить более сложную схему управления для управления двигателем. Благодаря мощности математической обработки микроконтроллеров могут быть реализованы передовые стратегии управления, которые используют математические преобразования для управления машинами переменного тока, такими как машины постоянного тока, обеспечивая независимое управление потоками и токами, создающими крутящий момент.Такое независимое управление крутящим моментом и намагниченностью обычно называется ШИМ-управлением с ориентацией на поле (FOC) или векторным управлением.

Неотъемлемым преимуществом векторного управления двигателем является то, что одна и та же схема может управлять различными типами двигателей переменного тока, PM-AC или BLDC путем выбора соответствующих математических моделей для соответствующих двигателей. (Изображение: Renesas Electronics)

Прямое управление крутящим моментом (DTC) — это третий метод, используемый в частотно-регулируемых приводах для управления крутящим моментом (и, следовательно, скоростью) трехфазных двигателей переменного тока.DTC включает в себя расчет оценки магнитного потока и крутящего момента двигателя на основе измеренных значений напряжения и тока двигателя. Потоковая связь статора оценивается путем интегрирования напряжений статора. Крутящий момент оценивается как перекрестное произведение оцененного вектора потокосцепления статора и измеренного вектора тока двигателя. Затем расчетная величина магнитного потока и крутящий момент сравниваются с их справочными значениями. Если расчетный магнитный поток или крутящий момент отклоняются слишком далеко от эталонного значения, частотно-регулируемый привод выключается и / или включается таким образом, чтобы погрешности магнитного потока и крутящего момента возвращались в допустимые пределы как можно быстрее.

На этом мы завершаем серию часто задаваемых вопросов об электродвигателях. Он начался с «Основы двигателей и двигателей постоянного тока», затем перешел к «Приведению в действие щеточных и бесщеточных двигателей постоянного тока» и перешел к «Двигателям переменного тока и их применениям», прежде чем закончить с этим FAQ.

Каталожные номера:

Приводы переменного тока, STMicroelectronics
Алгоритмы управления двигателями переменного тока, Renesas Electronics
Скалярное (V / f) управление трехфазными асинхронными двигателями, Texas Instruments
Частотно-регулируемый привод, Википедия

Основы приводов постоянного тока

Основы приводов постоянного тока — SIEMENS (на фото: Главные шкафы постоянного тока Sinamics — могут быть напрямую подключены к трехфазным системам до 3 AC-950 В, а в базовой версии они охватывают диапазон мощности от 6 и 2500 кВт.)

Управление двигателем постоянного тока

A Тиристорный мост — это метод, обычно используемый для управления скоростью двигателя постоянного тока путем изменения напряжения постоянного тока. Примеры работы выпрямительного моста постоянного тока приведены на следующих нескольких страницах. Значения напряжения, приведенные в этих примерах, используются только для пояснения. Фактические значения для данной нагрузки, скорости и двигателя различаются.

Важно отметить, что напряжение, подаваемое на двигатель постоянного тока, должно быть на не выше номинального значения на паспортной табличке.

Обмотки якоря обычно наматываются на 500 В постоянного тока . Логика управления в приводе должна быть настроена так, чтобы ограничить доступное напряжение постоянного тока до 0 — 500 В постоянного тока . Точно так же поле шунта должно быть ограничено значением, указанным на паспортной табличке двигателя.

Основные операции

Привод постоянного тока подает напряжение на двигатель, чтобы он работал с желаемой скоростью. Двигатель потребляет ток от этого источника питания пропорционально крутящему моменту (нагрузке), приложенному к валу двигателя.

Скорость 100%, нагрузка 0%

В этом примере ненагруженный двигатель, подключенный к приводу постоянного тока, работает со скоростью 100%.Величина тока якоря (Ia) и ненагруженного двигателя, необходимого для работы, незначительна. Для пояснения используется значение 0 ампер.

Привод постоянного тока подает только напряжение, необходимое для работы двигателя на 100% скорости. Мы уже узнали, что величина напряжения контролируется углом стробирования (COSα) тиристоров . В этом примере достаточно 450 В постоянного тока. Двигатель разгоняется до тех пор, пока CEMF не достигнет значения В _a — I _a R _a .

Помните, что V _a = I _a R _a + CEMF . В этом примере I _a R _a равно 0, поэтому CEMF будет приблизительно 450 В постоянного тока.

100% скорость, 100% нагрузка

Полностью нагруженный двигатель требует 100% номинального тока якоря при 100% скорости.