Электрический привод - Санкт-Петербургский политехнический

2
Государственное бюджетное образовательное учреждение
среднего специального образования
«Санкт-Петербургский Политехнический колледж»
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
дисциплины
СД .02 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД
для специальности 140613
«Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического
оборудования (по отраслям)»
(базовый уровень)
Санкт-Петербург
3
2012 г.
ОДОБРЕНА
Учебной (цикловой)
комиссией
Председатель:
Лапутин Е.Д.
Составлена в соответствии с
Государственными требованиями
к минимуму содержания и уровню
подготовки выпускника по
специальности
Заместитель директора
по учебной работе
Л.П. Мельникова
Автор: Лапутин Е.Д., преподаватель ГБОУ СПО «Санкт- Петербургский
политехнический колледж»
Рецензенты:
- Фунзавя В.К., преподаватель ГБОУ СПО «Санкт- петербургский
политехнический колледж»;
-Белай Е.В., КТН, доцент.
4
Дисциплина - Электрический привод
Cпециальность 140613
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ДИСЦИПЛИНЫ
Самостоятельная работа
студента
Максимальная
нагрузка
студента
-
-
1
-
-
2
9
3
-
-
1
4
4
-
-
1
5
36
8
4
6
42
24
4
4
5
31
32
4
4
9
41
8
4
-
3
11
4
-
-
1
5
18
4
2
2
20
Тема 3.1 Электропривод с
асинхронным двигателем
16
4
2
-
16
Тема 3.2 Электропривод с
синхронным двигателем
2
-
-
2
4
24
-
4
4
28
Тема 4.1 Выбор двигателя для
электропривода
10
-
2
3
13
Тема 4.2 Переходные процессы в
электроприводе
4
-
2
-
4
Тема 4.3 Потери мощности и
энергии в электроприводе
10
-
-
1
11
54
8
6
10
64
86
12
10
19
105
В том числе
Всего
часов
лаб.
Введение
1
-
Раздел 1 МЕХАНИКА
ЭЛЕКТРОПРИВОДА
7
Наименование
разделов и тем
Тема 1.1 Статические и
динамические нагрузки. Основное
уравнение электропривода
Тема 1.2 Приведение движения
элементов электропривода к одной
оси вращения
Раздел 2 ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ С
ДВИГАТЕЛЯМИ ПОСТОЯННОГО
ТОКА
Тема 2.1 Электропривод с ДПТ
независимого (параллельного)
возбуждения
Итого за 5-й семестр
Тема 2.1 Электропривод с ДПТ
независимого (параллельного)
возбуждения
Тема 2.2 Электропривод с ДПТ
последовательного и смешанного
возбуждения
Раздел 3 ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ С
ДВИГАТЕЛЯМИ ПЕРЕМЕННОГО
ТОКА
Раздел 4 ЭНЕРГЕТИКА
ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Итого за 6-й семестр
Всего
практич.
5
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Учебная дисциплина «Электрический привод» является специальной и базируется на знаниях, полученных
студентами при изучении общепрофессиональных и других специальных дисциплин.
В результате изучения учебной дисциплины студент должен
иметь представление:
- о роли и месте учебной дисциплины в сфере профессиональной деятельности;
- о структурном и функциональном составе электропривода (ЭП);
- о применении ЭП в современном производстве;
знать:
- классификацию, назначение, характеристики элементов и всего ЭП;
- принцип работы ЭП;
- порядок расчета мощности, выбор электродвигателей и элементов схем управления;
- принципы автоматического управления ЭП;
уметь:
- читать и составлять типовые схемы управления ЭП;
- правильно выбирать электродвигатели для привода по мощности;
- управлять пуском и реверсом двигателя;
- объяснять принцип действия ЭП.
При разработке рабочей программы внесены некоторые изменения в содержание, последовательность
изучения учебного материала и распределение учебных часов по темам, а также перечень практических занятий.
6
ВВЕДЕНИЕ
Краткое содержание учебной дисциплины. Связь с другими дисциплинами. Роль и место электропривода (ЭП)
в производственном процессе и быту. Назначение и классификация ЭП. Структурная схема ЭП.
Раздел 1 МЕХАНИКА ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Тема 1.1 Статические и динамические нагрузки.
Основное уравнение электропривода
Студент д о л ж е н
иметь представление:
- о видах нагрузок в ЭП;
-о видах движений ЭП при различных моментах;
знать:
- характеристики механизмов и электродвигателей;
- основное уравнение движения электропривода.
Механическая часть ЭП. Статические и динамические моменты и силы сопротивления. Момент инерции тела
относительно оси вращения. Активные и реактивные моменты. Основное уравнение движения ЭП.
Тема 1.2 Приведение движения элементов электропривода
к одной оси вращения
Студент д о л ж е н
знать:
- понятие массы, инерции, махового момента;
- назначение приведения статических моментов и моментов инерции к валу электродвигателя;
уметь:
- выполнять операцию приведения.
Операция приведения. Приведение статических моментов и моментов инерции к валу электродвигателя.
Приведенный маховой момент.
Раздел 2 ЭЛЕКТРОПРИВОД С ДВИГАТЕЛЯМИ
ПОСТОЯННОГО ТОКА
Студент д о л ж е н:
знать:
- основные схемы включения ДПТ;
- допущения, принимаемые при выводе формул для характеристик ДПТ;
- виды и признаки энергетических режимов ДПТ;
- понятия относительной и именованной величин;
- основные соотношения параметров для ДПТ;
- процессы, происходящие в ДПТ при пуске, торможении и реверсе;
- влияние добавочных резисторов в цепи якоря на величины тока и момента;
- способы торможения ДПТ;
- способы регулирования скорости ДПТ, их достоинства и недостатки;
уметь:
- различать естественные и искусственные характеристики;
- рассчитывать и строить механические характеристики ДПТ;
- строить пусковую диаграмму ДПТ;
- рассчитывать пусковые резисторы в цепи якоря;
- составлять схему включения ДПТ для его пуска, торможения и реверса.
7
Тема 2.1 Электропривод с ДПТ независимого (параллельного) возбуждения
Режимы работы ДПТ, основные схемы включения ДПТ. Основные соотношения для ДПТ НВ.
Электромеханическая и механическая характеристики ДПТ. Влияние параметров на вид механической
характеристики ДПТ НВ. Расчет и построение механических характеристик ДПТ НВ. Относительные величины.
Характеристики ДПТ в относительных единицах.
Пусковая диаграмма ДПТ. Выбор пусковых резисторов. Динамическое торможение. Торможение
противовключением.
Общие сведения о регулировании частоты вращения электропривода. Способы регулирования скорости ДПТ:
изменением напряжения, сопротивлением в цепи якоря, изменением потока возбуждения; импульсное
регулирование. Механические характеристики ЭП в системе «тиристорный преобразователь напряжения—двигатель
постоянного тока» (ТПН-ДПТ)
Практическое занятие – Построение механических характеристик ДПТ НВ
Практическое занятие – Расчет пускового реостата для ДПТ НВ
Практическое занятие—Ознакомление с лабораторным комплексом
Практическое занятие – Снятие механических характеристик ДПТ НВ
Тема 2.2 Электропривод с ДПТ последовательного и смешанного возбуждения
Схемы, характеристики и режимы работы ДПТ последовательного и смешанного возбуждения.
Раздел 3 ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ С ДВИГАТЕЛЯМИ
ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Тема 3.1 Электропривод с асинхронным двигателем (АД)
Студент д о л ж е н
знать:
- механические характеристики АД переменного тока для различных режимов работы;
- влияние сопротивления в цепи ротора и напряжения в обмотке статора на механическую характеристику;
- пусковые свойства АД;
- основные точки пусковой диаграммы АД с фазным ротором;
- способы и схемы включения для различного вида торможения и реверса АД;
- способы регулирования скорости АД;
уметь:
- рассчитывать механические характеристики АД .
- выполнять расчет и составлять схему включения сопротивлений (резистивных и реактивных) в цепь статора
и ротора;
- объяснять принцип экономичности АД.
Основные соотношения для АД. Механические характеристики трехфазного АД. Способы пуска и
торможения АД. Реверс АД. Упрощенный расчет механической характеристики АД по формуле Клосса. Пусковая
диаграмма для АД с фазным ротором. Расчет пусковых резисторов.
Регулирование скорости АД : изменением сопротивления в цепи ротора, напряжения на статоре, частоты
питающего напряжения, числа пар полюсов, включением резисторов и дросселей в цепь статора; импульсное
регулирование.
Практическое занятие – Построение механических характеристик АД. Расчет пускового реостата
Практическое занятие – Снятие механических характеристик АД
Тема 3.2 Электропривод с синхронным двигателем (СД)
Студент д о л ж е н
знать:
- достоинства и недостатки СД;
- схему включения, статические характеристики и режимы работы СД;
- особенности пуска, регулирования скорости и торможения СД;
- области применения и особенности работы ЭП с вентильным и шаговым двигателями.
8
Статические характеристики и режимы работы СД. Пуск торможение СД. Понятие об ЭП с вентильным
двигателем.
Раздел 4 ЭНЕРГЕТИКА ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Тема 4.1 Выбор двигателя для электропривода
Студент д о л ж е н
знать:
- требования к выбору электродвигателя;
- классы нагревостойкости изоляции;
- режимы работы электродвигателя по нагреву.
Факторы, определяющие систему электропривода. Выбор электродвигателя
по роду тока, способу
возбуждения, напряжению, степени защиты от влияния внешней среды и др. Уравнения нагревания и охлаждения.
Классы нагревостойкости изоляции. Длительный, повторно-кратковременный и кратковременный режимы работы:
нагрузочная диаграмма, выбор мощности электродвигателя. Проверка на перегрузочную способность.
Практическое занятие – Решение задач по выбору электродвигателя
Тема 4.2 Переходные процессы в электроприводе
Студент д о л ж е н
знать:
- особенности переходных процессов в АД;
- методы расчета переходного процесса;
уметь:
- рассчитывать время пуска и торможения электродвигателя;
- оценивать постоянную времени переходного процесса;
- использовать ЭВМ для расчета переходного процесса.
Понятие о переходных процессах в электроприводе. Определение времени пуска и торможения
электродвигателя. Уравнение переходного процесса. Постоянная времени. Методы расчета переходного процесса.
Способы снижения потерь энергии в переходных процессах.
Практическое занятие – Решение задач по расчету переходных процессов
Тема 4.3 Потери мощности и энергии в электроприводе
Студент д о л ж е н
знать:
- энергетические показатели ЭП;
- потери мощности и энергии в переходных режимах ЭП;
- пути повышения КПД электропривода.
Переходные режимы ЭП. Энергетические показатели ЭП. Потери энергии при пуске, реверсе и торможении.
Влияние нагрузки на потери, КПД и cos ЭП. Способы снижения потерь энергии в ЭП в переходных режимах.
ЛИТЕРАТУРА
1 Москаленко В.В. Электрический привод – М.: Высш.шк., 2011
2 Овсянников Е.М. Электрический привод – М.: ФОРУМ, 2011
3 Епифанов А.П. Основы электропривода – СПб.: ЛАНЬ, 2009
4 Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода – М.: Высш.шк., 1984
5 Онищенко Г.П. Электрический привод – М.: АКАДЕМИЯ, 2008
9
ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ
1
2,3
4
5,6
7
8,9
10
11
Построение механических характеристик ДПТ НВ
Ознакомление с лабораторным комплексом
Расчет пускового реостата для ДПТ НВ
Снятие механических характеристик ДПТ НВ
Построение механических характеристик АД.
Снятие механических характеристик АД
Решение задач по выбору электродвигателя
Решение задач по расчету переходных процессов
10
Дисциплина – «Электрический привод »
Экзаменационные вопросы
1 Механические характеристики механизмов. Приведение к скорости вращения вала двигателя статических
моментов (усилий), моментов инерций (поступательно движущихся масс).
2 Основное уравнение движения электропривода, его анализ.
3 Механические и электромеханические характеристики ДПТ независимого и параллельного возбуждения (в
абсолютных и относительных единицах).
4 Механические и электромеханические характеристики ДПТ независимого (параллельного) возбуждения при
введении сопротивления в цепь якоря и при ослаблении магнитного потока.
5 Механические и электромеханические характеристики ДПТ независимого (параллельного) возбуждения при
изменении напряжения источника питания и при шунтировании якоря.
6 Динамическое торможение ДПТ независимого (параллельного) возбуждения.
7 Торможение противовключением ДПТ независимого (параллельного) возбуждения.
8 Рекуперативное торможение ДПТ независимого (параллельного) возбуждения.
9 Механические характеристики и способы регулирования частоты вращения ДПТ последовательного
возбуждения.
10 Тормозные режимы ДПТ последовательного возбуждения.
11 Механические характеристики и способы регулирования частоты вращения ДПТ смешанного возбуждения.
12 Методика расчёта и построения естественных и искусственных механических (электромеханических)
характеристик электродвигателей постоянного тока.
13 Способы пуска ДПТ.
14 Аналитический метод расчёта пусковых сопротивлений для двигателя параллельного (независимого)
возбуждения.
15 Графический метод расчёта пусковых сопротивлений для двигателя параллельного (независимого)
возбуждения.
16 Методы расчёта тормозных сопротивлений для двигателя параллельного (независимого) возбуждения.
17 Понятие о расчёте и выборе реостатов возбуждения.
18 Общие сведения о регулировании скорости электропривода.
19 Регулирование скорости двигателя параллельного возбуждения ослаблением магнитного потока и
изменением напряжения на якоре.
20 Система магнитный усилитель-двигатель (МУ-Д). Регулирование скорости. Достоинства и недостатки
системы МУ-Д.
21 Система широтно-импульсный преобразователь—двигатель (ШИП-Д). Регулирование скорости. Достоинства
и недостатки системы ШИП-Д.
22 Система тиристорный преобразователь-двигатель (ТП-Д). Регулирование скорости. Достоинства и недостатки
системы ТП-Д.
23 Импульсное регулирование скорости вращения электродвигателя постоянного тока.
24 Уравнение механической характеристики АД. Методика построения естественной и искусственной
механических характеристик.
25 Влияние параметров (добавочного сопротивления и подводимого к статору напряжения) на вид механической
характеристики АД.
26 Тормозные режимы АД (торможение динамическое, противовключением, рекуперативное).
27 Способы пуска АД.
28 Методика аналитического и графического методов расчёта пусковых сопротивлений, включённых в цепь
ротора АД.
29 Методика расчёта пусковых устройств, включённых в цепь статора АД.
30 Обзор способов регулирования скорости вращения АД. Сравнение этих способов.
31 Регулирование скорости вращения асинхронного двигателя включением сопротивления (активного и
реактивного) в цепь ротора.
32 Регулирование скорости вращения асинхронного двигателя включением сопротивления (активного и
реактивного) в цепь статора.
33 Импульсное регулирование скорости вращения АД.
34 Регулирование скорости вращения АД электромагнитной муфтой скольжения.
35 Регулирование скорости вращения асинхронного двигателя изменением частоты питающего напряжения.
36 Регулирование скорости каскадным включением АД.
37 Двухдвигательный привод. Механический вал (работа двух двигателей на один вал).
38 Электрический вал (синхронное вращение электроприводов).
39 Основные характеристики и способы пуска синхронного двигателя.
40 Переходные процессы при линейных характеристиках двигателя и механизма. Электромеханическая
постоянная времени. Определение времени переходного процесса при пуске и торможение.
41 Факторы, определяющие системы электропривода. Выбор типа двигателя.
42 Нагрузочные диаграммы. Режимы работы электропривода.
43 Обзор методов расчёта и выбора электродвигателей.
44 Методика расчёта мощности двигателя при длительном режиме с постоянной и переменной нагрузкой.
45 Методика расчета мощности двигателя при повторно-кратковременном режиме работы.
46 Обзор типов электродвигателей, применяемых в электроприводе.
47 Выбор типа электропривода.
11
Дисциплина - «Электрический привод »
ОКР
1 Рассчитать мощность и выбрать электродвигатель (см. таблицу1).
2 Проверить выбранный двигатель на перегрузочную способность1).
3 Построить нагрузочную диаграмму.
4 Ответить на вопросы (для нечётных вариантов – нечётные вопросы, для чётных вариантов – чётные
вопросы).
Таблица 1
Тип
двигателя
Ориентир.
частота
вращения,
об/мин
-
Серия
4А
3000
1500
1000
750
1500
380
-
16
20
30
25
40
Серия
Д
1000
600
600
750
1000
220
3
3
8
4
4
-
15
20
40
25
30
Серия
МТН
750
1000
750
600
1000
380
2
3
4
1
5
4
2
5
3
2
1
2
3
4
3
-
Серия
2П
-
110
-
6
8
10
5
3
6
5
4
3
2
5
3
6
2
1
-
25
30
40
20
10
Серия
Д
1000
800
1200
600
1200
440
-
10
7
6
5
3
2
1
2
1
1
1
3
1
4
2
-
20
25
15
10
15
Серия
МТF
1000
750
1000
750
1000
380
№
варианта
Р1,
кВт
Р2,
кВт
Р3,
кВт
Р4,
кВт
t1.
мин
t2,
мин
t3,
мин
t4,
мин
1
2
3
4
5
18
25
30
20
40
11
20
25
30
30
15
15
20
10
20
8
10
15
5
10
3
4
5
6
7
4
5
8
10
6
3
4
5
3
4
5
6
4
8
7
6
7
8
9
10
35
45
50
40
30
20
30
35
25
20
15
20
10
15
10
-
4
3
6
2
8
4
5
6
3
8
2
3
10
5
7
11
12
13
14
15
60
55
50
80
100
20
15
10
30
60
15
20
10
10
40
-
2
8
10
7
6
1
5
7
2
4
16
17
18
19
20
0,7
0,5
0,6
0,9
0,4
0,5
3,5
1,2
1,6
1,3
2,4
2
1,5
3
1,5
2
1
2
5
0,5
3
4
5
6
7
21
22
23
24
25
6
5
2
4
5,5
4
12
15
20
3
2
3
7
30
2
26
27
28
29
30
1,5
10
15
20
25
2
16
8
15
30
2,5
12
10
30
15
t0,
мин
Uн,
В
Вопросы
1 Что такое продолжительность включения (ПВ)? Для чего используется это понятие?
2 Назовите основные режимы работы электропривода. Приведите примеры.
3 Как осуществляется динамическое торможение ДПТ? Достоинства и недостатки этого вида торможения.
4 Как осуществляется торможение противовключением АД? Достоинства и недостатки этого вида торможения.
1)Принять
для двигателей: серии Д -- Mmax / Mн = 2,2; серии 2П -- Mmax / Mн = 2,5; серии МТ -- Mmax / Mн = 2,7
12