Рекомендации по выбору вида, типа и мощности двигателя электропривода

Современные проблемы разработки электропривода

 Принцип конструирования механических систем наделением их на стадии конструирования свойством адаптации к первичным и силовым ошибкам, к передаваемому силовому потоку необходимо закладывать ещё на этапе разработки системы управления любого изделия.

Свойство адаптации присуще биосистемам и это свойство есть средство выживания и эволюции биологических систем, оно состоит в приспособлении к изменяющимся внешним условиям. Биосистемы снабжены рецепторами, открыты, обладают множеством степеней свободы и связей, способны к саморазвитию. В проектировании систем управления необходимо придерживаться принципов биологических систем, совершенствуя и сводя их к форме формул и математики.

Современный электропривод представляет собой сложный симбиоз электродвигателя, силового преобразователя тока и системы управления. Характеристики двигателя изменяются в зависимости от условий окружающей среды — меняется сопротивление обмоток статора, электромеханическая характеристика двигателя, в следствие чего меняются и выходные параметры привода. Для построения корректного алгоритма управления необходимо учесть множество факторов таких как: температура окружающей среды, температура обмоток статора, изменение активного сопротивления обмоток статора, температурный дрейф операционных усилителей в цепи измерения тока, скорость ротора двигателя. Чтобы учитывать внешние факторы, необходимо усложнение аппаратной части, что влечёт за собой увеличение габаритов и массы, усложнение прибора в целом, и как следствие уменьшение его надёжности. Следовательно, нужно стремится к максимально стабильной характеристики двигателя во всём рабочем диапазоне температур, но сводить к минимуму учитываемые параметры.

Стабильная моментная характеристика двигателя во всех условиях работы, позволит уменьшить запас прочности в исполнительной конструкции, уменьшить массу. А использование при этом минимального числа учитываемых параметров обеспечит улучшение габаритно-массовых показателей блока управления двигателем и увеличение надёжности. Так же не мало важна устойчивость привода к переменному моменту нагрузки. Для учета всех критериев ещё на этапе разработки, выполняется расчет системы управления. А так же математическое моделирование для анализа полученных данных во всех режимах и условиях работы. Расчёт системы управления и математическое моделирование работы двигателя на начальном этапе разработки привода позволяет надёжно подобрать характеристики двигателя и силового преобразователя под определённую задачу. Что в свою очередь исключает затраты на изготовление излишних макетных образцов и их испытания. Так же сокращается время разработки и изготовления поставочного образца изделия. А время дороже всего…

Правильный расчёт системы управления позволяет на этапе разработки двигателя убедиться в актуальности выполняемых работ и при необходимости внести изменения в проектируемое изделие или его систему управления. А так же отработать все необходимые варианты работы изделия, и разработать алгоритмы адаптации к так или иначе меняющимся внешним факторам.

Области применения бесколлекторных электродвигателей постоянного тока (БКЭПТ) непрерывно увеличиваются. Причинами для этого являются превосходное соотношение массогабаритных характеристик и мощности БКЭПТ, их превосходные характеристики разгона минимум затрат на техническое обслуживание и генерация малых акустических и электрических шумов относительно универсальных (коллекторных) электродвигателей постоянного тока.

Так как бесколлекторные моторы питаются переменным током, для работы им необходим специальный контроллер (регулятор), преобразующий постоянный ток от батарей в переменный. Регуляторы для бесколлекторных двигателей представляют собой программируемое устройство, позволяющее контролировать все жизненно важные параметры двигателя. Они позволяют не только менять обороты и направление работы мотора, но и обеспечивать в зависимости от необходимости плавный или резкий старт, ограничение по максимальному току, функцию «тормоза» и ряд других тонких настроек двигателя.

Производителей бесколлекторных моторов и регуляторов к ним очень много. Конструктивно и по размерам бесколлекторные двигатели тоже сильно различаются. Более того, самостоятельное изготовление бесколлекторных двигателей на основе деталей от CD-приводов и других промышленных бесколлекторных моторов стало весьма распространенным явлением в последнее время. Возможно, именно по этой причине у бесколлекторных двигателей сегодня нет даже такой приблизительной общей классификации как у коллекторных собратьев. На сегодняшний день, коллекторные двигатели в основном используют на недорогих моделях, или моделях начального уровня. Эти двигатели не дороги, просты в эксплуатации, и по-прежнему составляют самый массовый вид электромоторов. Им на смену идут бесколлекторные моторы. Единственным сдерживающим фактором пока остается их цена. Вместе с регулятором бесколлекторный мотор стоит на 30–70 % дороже. Однако, цены на электронику и моторы падают, и постепенное вытеснение коллекторных электромоторов — лишь вопрос времени.

Основные проблемы при разработке электроприводов заключаются в следующем:

‒ Характеристики двигателя изменяются в зависимости от условий окружающей среды. Меняется сопротивление обмоток статора, электромеханическая характеристика двигателя, в следствие чего меняются и выходные параметры агрегата.

‒ Для высоконадежных агрегатов, имеющих в составе бесколлекторные двигатели постоянного тока, необходимо резервирование системы управления. Бесколлекторный двигатель требует более сложную структуру управления. Поэтому повышается число электронных элементов, входящих в изделие, в следствие чего уменьшается надёжность агрегата в целом.

‒ При работе двигателя на больших скоростях имеется достаточно большой скачок создаваемого момента при изменении его знака на противоположный. Что вызывает не линейность характеристики управления, в следствии чего потерю точности стабилизации частоты вращения ротора, и развиваемого момента.

В заключение отмечу, что, несмотря на серьезную аппаратную поддержку методов векторной ШИМ, появившуюся в новейших микроконтроллерах, работы у программистов не уменьшилось. Они по-прежнему должны обеспечить в реальном времени: расчет номера базового сектора и внутрисекторного угла; определение составляющих базовых векторов и перепрограммирование ШИМ-генератора; коррекцию влияния «мертвого» времени и потерь напряжения на силовых ключах; коррекцию изменения напряжения на звене постоянного тока. Перечисленные задачи являются решаемыми, что дает уверенность в возможности быстрой разработки нового поколения перспективных цифровых систем управления приводами.

Литература:

1. Справочник. Системы управления с цифровыми регуляторами. В. И. Гостев, Киев, «Техника», 1990 г.
2. Теория систем автоматического регулирования. В. А. Бесекерский, Е. П. Попов, Издательство «Наука», Москва, 1975 г.
3. Основные тенденции развития встроенных систем управления двигателями и требования к микроконтроллерам. В. Ф. Козаченко.

Электропривод (выбор мощности двигателя)

Выбор двигателя – один из ответственных этапов проектирования электропривода, так как именно двигатель в значительной степени определяет технические и экономические качества привода в целом. Из многочисленных типов двигателя переменного и постоянного токов для привода той или иной производственной машины должен быть выбран такой, который наиболее полно удовлетворял бы технико-экономическим требованиям. Это значит, что двигатель должен быть наиболее простым по управлению, надежным в эксплуатации и иметь наименьшую стоимость, массу и габариты, а также высокие энергетические показатели. В сравнении со всеми существующими типами двигателей этим требованиям в наибольшей мере отвечают асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. При выборе двигателя такого типа необходимо выяснить, удовлетворяются ли технические требования: допустимое уменьшение скорости при увеличении нагрузки, допустимая величина повторных включений, возможность быстрого и надежного пуска.

В напряженных режима работы привода, с большой частотой включений, где требуется повышенный или ограниченный пусковой момент, а также регулирование частоты вращения в узких пределах, применяют асинхронные двигатели с контактными кольцами. Для нерегулируемых приводов средней и большой мощности, работающих в продолжительном режиме с редкими пусками, рекомендуется применять синхронные двигатели. Они отличаются более высоким к.п.д. и допускают регулирование коэффициента мощности за счет компенсации реактивной мощности. При необходимости плавного и глубокого регулирования скорости, а также при большой частоте включений применяются двигатели постоянного тока.

При выборе мощности двигателя основными исходными данными являются требуемые моменты, которые должны быть приложены к валу механизма, т.е. необходимо иметь нагрузочные диаграммы электропривода P=f(t) или М=f(t), которые могут быть заданы как в виде графика, так и в виде таблицы.

Пример решения задачи по теме 4

.

Определить необходимую мощность двигателя для привода механизма, режим работы которого задан нагрузочной диаграммой на рис.9. По технологическим условиям следует использовать асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Двигатель должен развивать частоту вращения n=980 об/мин. Помещение, где будет установлен двигатель,- сухое, без пыли и грязи.

Рис. 7. Нагрузочная диаграмма

Решение.

В нашем случае режим работы представляет собой длительную переменную нагрузку. Мощность двигателя подбирается при подобных режимах работы по эквивалентной мощности, которая равна

где tц — время цикла работы:

tц=t1+t2+t3=20+30+15=65 c;

кВт

По данным каталога в качестве приводного двигателя может быть использован асинхронный короткозамкнутый двигатель в защищенном исполнении типа А2-61-6; 380/220 В; Pн=10 кВт, nн=965 об/мин, hн =0,870, Мп/Мн=1,2, Мм/Мн=1,8.

В ряде случаев момент нагрузки на отдельных участках может оказаться больше максимально допустимого момента двигателя, и асинхронный двигатель может остановиться. Поэтому после выбора двигателя его необходимо проверить по перегрузочной способности исходя из условия Ммакс<�Ммакс.д, где Ммакс- максимальный момент на валу двигателя; Ммакс.д — максимально допустимый момент двигателя. Для асинхронного двигателя Ммакс.д=0,9·Мк. Здесь Мк- критический (максимальный) момент двигателя.

В нашем примере: номинальный момент двигателя

Мн=9550Pн/nн=9550·10/965=99 Н·м;

Максимальный (критический) момент

Мк=l Мн=1,8·99=178 Нм;

Максимальный статический момент

Мс=9550·P1/n=9550·12/980=117 Н·м.

По перегрузочной способности двигатель проходит, так как выполняется условие 0,9·Мк=0,9·178=160>Мс=117.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ

Задача №1. Для трехфазного трансформатора, обмотки которого соединены “звездой”, а значения номинальной мощности, номинальных напряжений, напряжения короткого замыкания, мощности короткого замыкания, мощности холостого хода и отношения тока холостого хода к номинальному току первичной обмотки приведены в таблице 3, определить : номинальный ток первичной обмотки; ток холостого хода ; коэффициент мощности в режиме холостого хода; угол магнитных потерь ; сопротивления короткого замыкания; сопротивления первичной и вторичной обмоток и сопротивления намагничивающей цепи .Построить внешнюю характеристику и векторную диаграмму при нагрузке, составляющей b=0,75 от номинальной мощности трансформатора, и cos j2 = 0,8. Составить Т – образную схему замещения.

Задача №2. Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, номинальное число оборотов ротора которого nн=1420 об/мин, а номинальные напряжение, мощность, к.п.д. , коэффициент мощности, кратность пускового тока и перегрузочная способность приведены в таблице 4, включен в сеть с частотой f=50 Гц . Определить: номинальный и пусковой токи , номинальный, пусковой и максимальны моменты. Построить механические характеристики.

Задача №3. Для двигателя параллельного возбуждения, сведения о напряжении сети, потребляемом при номинальной нагрузке и холостом ходу токе, сопротивлениях обмотки якоря и цепи возбуждения, а также номинальной скорости вращения приведены в таблице 5, определить номинальную мощность двигателя (на валу), номинальный к.п.д., номинальный вращающий момент, пусковой ток при пуске двигателя без пускового реостата, сопротивление пускового реостата для условия Iп=2,5I и пусковой момент при пуске двигателя с реостатом. При решении принять, что магнитные и механические потери не зависят от нагрузки.

Задача №4. Для заданного в табл.6 режима нагрузки производственного механизма построить нагрузочную диаграмму и выбрать мощность асинхронного короткозамкнутого двигателя.

Литература

1. Брускин Д.Э. и др. Электрические машины: В 2-х ч.Ч.1 /. Д.Э.Брускин, А.Е.Зорохович, В.С.Хвостов.- М.: Высш. шк., 1987.- — 319 с., (раздел 3).

2. Брускин Д.Э. и др. Электрические машины: В 2-х ч.Ч.2 /. Д.Э.Брускин, А.Е.Зорохович, В.С.Хвостов.- М.: Высш. шк., 1987.- — 335 с., (раздел 4).

3. Баширин А.,В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами: Учебное пособие для вузов.-Л.: Энергоатомиздат, 1982.- 392 с., (раздел 4).

4. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода: Учебник для вузов.- М.: Энергоатомиздат, 1981 – 576 с., (раздел 4).

5. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин:

Учебн. для вузов. — М.: Высш. шк., 1987. — 248 с., (разделы 1,2).

6. Домбровский В.В., Зайчик В.М. Асинхронные машины. Теория, расчет, элементы проектирования.-Л.: Энергоатомиздат. 1990.- 358 с. , (раздел 3).

Приложения

Таблица 3

Данные к задаче 1 Таблица 3

Таблица 4

Таблица 5

Таблица 6

⇐ Предыдущая3

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? — задался я вопросом…

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право…

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)…

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между…

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: