Проектирование и моделирование электроприводов и электропреобразовательных устройств(Реферат)

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ИНСТИТУТ СФЕРЫ ОБСЛУЖИВАНИЯ И ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСТВА (ФИЛИАЛ)
ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО
УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» В Г.ШАХТЫ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ
(ИСОиП (филиал) ДГТУ в г. Шахты)
Факультет «Техника и Технологии»
Кафедра «Радиоэлектронные и электротехнические системы и комплексы»
Реферат
Тема:
«Проектирование и моделирование электроприводов. Типы электродвигателей»
Дисциплина (модуль) «Проектирование и моделирование электроприводов и
электропреобразовательных устройств»
Обучающийся Болдинов Н.Е.
Группа ЭПА-Tb41
Шахты 2023
Содержание
Введение……………………………………………………………………………..
3
1 Устройство и принцип работы асинхронного двигателя ……………………...
4
2 Виды асинхронных электродвигателей ………………………………………...
7
3 Особенности эксплуатации……………………………………………………....
7
4 Преимущества и недостатки……………………………………………………..
9
5 Сфера использования……………………………………………………………..
10
Заключение………………………………………………………………………….. 11
Перечень использованных информационных ресурсов………………………….
Изм. Лист
№ докум.
Разраб.
Болдинов.Н.Е.
Провер.
Галушкин Н.Е.
Н. контр.
Утв
Провер.
Кушнир И.Б.
Подпись
Дата
12
ПиМЭиЭУ 13.03.02.030000000
Реферат
по теме:
Проектирование и моделирование
электроприводов. Типы электродвигателей
Литера
Лист
Листов
У
2
12
ИСОиП (филиал) ДГТУ в
г. Шахты
Кафедра РЭСиК
Введение
XXI век - это мир техники. Могучие машины добывают из недр земли миллионы тонн угля, руды, нефти. Мощные электростанции вырабатывают миллиарды киловатт-часов электроэнергии. Тысячи фабрик и заводов изготавливают
одежду, радиоприемники, телевизоры, велосипеды, автомобили, часы и другую
необходимую продукцию. Телеграф, телефон и радио соединяет нас со всем миром. Поезда, теплоходы, самолеты с большой скоростью переносят нас через материки и океаны. Все это действует не без помощи электричества и электропривода.
Электропривод представляет собой электромеханическую систему, состоящую из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств, предназначенную для приведения в движение исполнительных
органов рабочей машины и управления этим движением.
Современное машинное устройство или, как его называют иначе, производственный агрегат состоит из большого числа разнообразных деталей, отдельных
машин и аппаратов, выполняющих различные функции. Все они в совокупности
совершают работу, направленную на обеспечение определенного производственного процесса.
ПиМЭиЭУ 13.03.02.030000.000 ПЗ
Изм Лист № докум.
Подпись
Дата
Лист
3
1 Устройство и принцип работы асинхронного двигателя
Асинхронный электродвигатель, электрическая асинхронная машина для
преобразования электрической энергии в механическую. Принцип работы асинхронного электродвигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля, возникающего при прохождении трехфазного переменного тока по обмоткам статора, с током, индуктированным полем статора в обмотках ротора, в
результате чего возникают механические усилия, заставляющие ротор вращаться
в сторону вращения магнитного поля при условии, что частота вращения ротора n
меньше частоты вращения поля, ротор совершает асинхронное вращение по отношению к полю.
Впервые явление, названное магнетизмом вращения, продемонстрировал
французский физик Д. Ф. Араго (1824). Он показал, что укрепленный на вертикальной оси медный диск начинает вращаться, если вращать над ним постоянный
магнит. Спустя 55 лет, 28 июня 1879, английский ученый У. Бейли получил вращение магнитного поля поочередным подключением обмоток 4 стержневых электромагнитов к источнику постоянного тока. В работах М. Депре (Франция, 1880—
1883), И. Томсона (США, 1887) и др. описываются устройства, основанные также
на свойствах вращающегося магнитного поля. Однако строгое научное изложение
сущности этого явления впервые, практически одновременно и независимо друг
от друга, было дано в 1888 итальянским физиком Г. Феррарисом и хорватским
инженером и ученым Н. Тесла.
Двухфазный асинхронный электродвигатель, был изобретен Н. Тесла в 1887,
публичное сообщение об этом изобретении он сделал в 1888. Распространения
этот тип асинхронного двигателя не получил главным образом из-за плохих пусковых характеристик. В 1889 М. О. Доливо-Добровольский испытал сконструированный им первый в мире трехфазный асинхронный двигатель, в котором применил ротор типа «беличье колесо», а обмотку статора разместил в пазах по всей
окружности статора. В 1890 Доливо-Добровольский изобрел фазный ротор с
кольцами и пусковыми устройствами). Через 2 года им же была предложена кон-
ПиМЭиЭУ 13.03.02.030000.000 ПЗ
Изм Лист № докум.
Подпись
Дата
Лист
4
струкция ротора, названная «двойной беличьей клеткой», которую, однако, стали
широко применять только с 1898 благодаря работам французского инженера П.
Бушеро, представившего асинхронный электродвигатель с таким ротором, как
двигатель со специальными пусковыми характеристиками.
Конструктивное оформление асинхронного электродвигателя, их мощность
и габариты зависят от назначения и условий работы.
Например, двигатели с воздушным и водяным охлаждением (общего применения); герметичные, маслонаполненные (для электробуров) и взрывобезопасные
(для работы в шахтах, взрывоопасных помещениях и др.); пыле-, брызгозащищенные (для применения в морских условиях и тропическом климате) и т. д. Некоторые виды асинхронных двигателей (например, шаговые, для следящих систем,
схем автоматики и телемеханики, со ступенчатой регулировкой скорости и пр.)
разрабатываются и выпускаются комплектно с блоками управления и пускозащитной аппаратурой, с встроенными редукторами. Трехфазные асинхронные
электродвигатели сравнительно с однофазными обладают лучшими пусковыми и
рабочими характеристиками. Основные конструктивные элементы асинхронных
двигателей: статор — неподвижная часть (рисунок 2а) и ротор — вращающаяся
часть (рисунок 2б,в). В соответствии со способом выполнения роторной обмотки
асинхронного мотора делятся на двигатели с контактными кольцами и короткозамкнутые. Воздушный зазор между статором и ротором у асинхронного электромотора делается по возможности малым (до 0,25 мм). Частота вращения ротора
асинхронного электродвигателя зависит от частоты вращения магнитного поля
статора и определяется частотой питающего тока и числом пар полюсов.
Рисунок 1 - Схема асинхронного двигателя
ПиМЭиЭУ 13.03.02.030000.000 ПЗ
Изм Лист № докум.
Подпись
Дата
Лист
5
При пуске асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором
возникает пусковой ток, сила которого превышает силу номинального тока в 4—7
раз. Поэтому прямое включение в сеть применяется только для моторов мощностью до 200 кВт. Более мощные асинхронные электромоторы с короткозамкнутым
ротором включают сперва на пониженное напряжение, чтобы сила пускового тока
снизилась в 3—4 раза. С этой же целью применяют пуск асинхронного двигателя
через автотрансформатор, включенный на время пуска последовательно с обмоткой статора. Силу пускового тока двигателей с фазным ротором ограничивают
пусковым сопротивлением в цепи ротора, которое в процессе разбега ротора постепенно уменьшают. После запуска асинхронного электродвигателя обмотку ротора замыкают накоротко. Для уменьшения потерь на трение и износа щеток их
обычно поднимают щеткоподъемным приспособлением, которое перед этим замыкает накоротко обмотку ротора через кольца.
Частоту вращения асинхронного электромотора регулируют в основном изменением числа пар полюсов, сопротивления, включенного в цепь ротора, изменением частоты питающего тока, а также каскадным включением нескольких машин. Направление вращения асинхронного электромотора изменяют переключением любых двух фаз обмотки статора.
Асинхронный электродвигатель благодаря простоте в производстве и
надежности в эксплуатации широко применяют в электрическом приводе. Основные недостатки асинхронного двигателя — ограниченный диапазон регулирования частоты вращения и значительное потребление реактивной мощности в режиме малых нагрузок. Создание регулируемых статических полупроводниковых
преобразователей частоты существенно расширяет область применения асинхронного двигателя в автоматических регулируемых электроприводах.
ПиМЭиЭУ 13.03.02.030000.000 ПЗ
Изм Лист № докум.
Подпись
Дата
Лист
6
2 Виды асинхронных электродвигателей
Можно выделить 3 базовых типа асинхронных электродвигателей:
1-фазный – с короткозамкнутым ротором
3-х фазный – с короткозамкнутым ротором
3-х фазный – с фазным ротором
То есть, двигатели классифицируются по количеству фаз (1 и 3) и по типу
ротора – с короткозамкнутым и с фазным. При этом число фаз с установленным
типом ротора никак не взаимосвязано.
Ещё одна разновидность – асинхронный двигатель с массивным ротором.
Ротор сделан целиком из ферромагнитного материала и фактически представляет
собой стальной цилиндр, играющий роль как магнитопровода, так и проводника
(вместо обмотки). Такой вид двигателя очень прочный и обладает высоким пусковым моментом, однако в роторе могут возникать большие потери энергии, а сам
он может сильно нагреваться.
3 Особенности эксплуатации
При эксплуатации асинхронных электродвигателей существует целый ряд
правил и требований, предъявляемых к ним с точки зрения техники безопасности.
Прежде всего необходимо отметить наиболее характерные ситуации, при
которых требуется немедленное (аварийное) отключение электродвигателя от
сети: угроза несчастного случая или несчастный случай с человеком, требующие
немедленной остановки двигателя; наличие дыма или огня из двигателя или его
пускорегулирующей аппаратуры; вибрации сверх допустимых норм, угрожающие
целости двигателя; поломка приводимого механизма; нагрев подшипников сверх
допустимой
температуры,
указанной
в
инструкции
завода—изготовителя
ПиМЭиЭУ 13.03.02.030000.000 ПЗ
Изм Лист № докум.
Подпись
Дата
Лист
7
двигателя; существенное снижение частоты вращения, сопровождающееся
быстрым нагревом двигателя.
В зависимости от особенностей конкретного производства в инструкции по
эксплуатации асинхронных двигателей могут быть указаны и другие случаи, при
которых требуется аварийное отключение двигателей, а также указан порядок
устранения аварийной ситуации и последующего пуска двигателя.
Для предотвращения поражения электрическим током обслуживающего
персонала выводы статорной и роторной обмоток должны быть закрыты
ограждениями, снятие которых требует отвертывания гаек или вывинчивания
винтов, а корпус двигателя должен быть надежно заземлен.
Вращающиеся части машин также должны быть закрыты ограждениями,
снятие которых во время работы двигателей строго воспрещается.
В
тех
производствах,
где
возможна
систематическая
перегрузка
электродвигателей по технологическим причинам, необходима установка защиты
от перегрузки. Эта защита должна воздействовать на аварийную сигнализацию, на
управляющие органы с целью разгрузки механизма или на пусковую аппаратуру
для отключения двигателя.
Асинхронные двигатели должны иметь защиту от коротких замыканий с
помощью автоматического выключателя либо предохранителей с плавкими
вставками. Уставки автоматов и номинальный ток плавких вставок выбираются
так, чтобы не допускать ложного срабатывания защиты при пусковых токах.
Для короткозамкнутых двигателей с легкими условиями пуска ток плавкой
вставки должен быть равным 0,4 пускового тока двигателя. Для тяжелых условий
пуска ток плавкой вставки выбирается равным 0,5—0,6 пускового тока двигателя.
Для электродвигателей с фазным ротором ток плавкой вставки составляет 1—2
номинального тока двигателя.
Перед пуском двигателя необходимо своевременное предупреждение
рабочих, обслуживающих его, о запуске.
ПиМЭиЭУ 13.03.02.030000.000 ПЗ
Изм Лист № докум.
Подпись
Дата
Лист
8
4 Преимущества и недостатки
Преимущества асинхронных электродвигателей
1. Относительно небольшая стоимость.
2. Низкие эксплуатационные затраты.
3. Отсутствие необходимости в преобразователях при включении в сеть
(только для нагрузок, не нуждающихся в регулировании скорости).
4. Отсутствие потребности в дополнительном источнике питания – в отличие
от синхронных аналогов.
Недостатки
1. Малый пусковой момент.
2. Высокий пусковой ток.
3. Отсутствие регулировки скорости при подключении к сети.
4. Ограничение максимальной скорости частотой сети.
5. Высокая зависимость электромагнитного момента от напряжения питающей
сети.
6. Низкий мощностной коэффициент - в отличие от синхронных агрегатов.
ПиМЭиЭУ 13.03.02.030000.000 ПЗ
Изм Лист № докум.
Подпись
Дата
Лист
9
5 Сфера использования
Асинхронные двигатели активно используются во многих отраслях
промышленности и сельского хозяйства. Они потребляют примерно 70% всей
энергии, предназначенной для преобразования электричества во вращательное
или поступательное движение. Асинхронные двигатели зарекомендовали себя
наиболее эффективными в качестве электрической тяги, без которой не обходятся
многие технологические операции.
ПиМЭиЭУ 13.03.02.030000.000 ПЗ
Изм Лист № докум.
Подпись
Дата
Лист
10
Заключение
Асинхронные электрические двигатели трехфазного типа с короткозамкнутым ротором широко используют в народном хозяйстве, однако такие двигатели
обладают рядом недостатков: отсутствует плавное регулирование частоты вращения, большой пусковой ток и др. Но все это можно обойти, если же вместо ротора
воспользоваться фазным ротором.
Подобающим образом устроен фазный ротор: трехфазная обмотка размещена в пазах ротора, (обмотка подобная обмотке статора); звездой соединены фазы
обмотки ротора; начала фаз соединены с изготовленными из латуни или меди
тремя контактными кольцами, которые в свою очередь укреплены на одном валу с
ротором. Соответственно контактные кольца изолированы друг от друга и от вала.
К контактным кольцам хорошо прижаты металло-графитные или угольные щётки,
установленные на щёткодержателе, укрепленном на подшипниковом щите.
Для запуска двигателя с фазным ротором щётки соединяют с регулировочными или пусковыми реостатами. Эти самые реостаты дают возможность понизить пусковой ток, так как из-за них усиливается всеобщее сопротивление обмотки ротора.
Реостаты применяют для плавного регулирования частоты вращения двигателя, а также в изменении других рабочих характеристик.
ПиМЭиЭУ 13.03.02.030000.000 ПЗ
Изм Лист № докум.
Подпись
Дата
Лист
11
Перечень использованных информационных ресурсов
1. Копылов И.П. Электрические машины. Учебник для вузов – М.: 1986. –
370с.
2. Андреев В.П. Сабинин Ю.А. Основы электропривода.
– М.; Л.:
Госэнергоиздат, 1963. – 772 с.
3. Проектирование электрических машин: Учебник для вузов Книга 1. Под
редакцией Копылова И.П. Москва: Энергоатомиздат 1993. - 464 с.
4. Электрические машины: Асинхронные машины: Учеб. Для электромех.
спец. Вузов / Радин В.И., Брускин Д.Э., Зорохович А. Е.; Под ред. И.П.
Копылов-М.: Высшая школа, 1988,-328 с.
5. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. Учебник для
вузов. Л.: Энергия, 1973. – 648 с.
6. Башарин
А.В.,
Новиков
В.А.,
Соколовский
Г.Г.
Управление
электроприводами. - Л.: Энергоиздат, 1982. – 520 с.
ПиМЭиЭУ 13.03.02.030000.000 ПЗ
Изм Лист № докум.
Подпись
Дата
Лист
12