Методические указания и домашняя контрольная работа учебной дисциплины «Электрический привод» (стр. 2 из 12)
Знакомясь с развитием электропривода, необходимо обратить внимание на работы русских и советских ученых в области использования электродвигателей для привода производственных машин и механизмов. Изучая современное состояние электропривода, необходимо четко уяснить значение автоматизации электропривода в облегчении труда человека, повышении производительности труда, улучшении качества выпускаемой продукции, улучшении санитарно-гигиенических условий производства, обеспечении безопасности работы. Учащийся должен изучить основные направления развития электропривода.
Вопросы для самоконтроля
1. Что сделали русские ученые М. О. Доливо-Добровольский, Б. С. Якоби, В. Н. Чиколев в области развития электропривода?
2. Какие существуют типы электроприводов? Какие достоинства имеет многодвигательный электропривод?
3. Каковы основные направления развития электропривода в настоящее время?
РАЗДЕЛ 1. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Тема 1.1. Механика электропривода
Механические звенья электропривода. Статические моменты сопротивления: активные и реактивные. Основное уравнение движения электропривода и его виды. Момент инерции. Динамические моменты. Приведение статических моментов, моментов инерции и поступательно движущихся масс к одному валу движения. Понятие о механических характеристиках.
Литература: [1] стр. 6-15 , [3] стр. 7-16.
Методические указания
Прежде чем начинать изучение темы, следует повторить вопросы из предмета «Основы технической механики», касающиеся поступательного и вращательного движения твердого тела, вспомнить, что такое момент инерции, запас кинетической энергии, передаточное отношение. При изучении основного уравнения движения необходимо уяснить, что моменты могут быть положительными и отрицательными.
Принято считать вращающий момент двигателя положительным, если его направление совпадает с направлением движения, и отрицательным - при противоположном направлении.
В соответствии с этим и момент статического сопротивления также может быть как положительным, так и отрицательным.
Если твердое тело вращается с изменяющейся по величине угловой скоростью, то имеет место действие динамического момента, связанного с изменением запаса кинетической энергии вращающегося тела. Динамический момент имеет знак, определяемый алгебраической разностью вращающего момента и момента статического сопротивления.
Исходя из указанного, двигатель в любом тормозном режиме развивает отрицательный момент (момент двигателя направлен против движения), а знак момента статического сопротивления зависит от его характера: реактивный статический момент (трение, сопротивление резанию металла, дерева и т. п.) всегда имеет знак «минус», а знак потенциального (активного) момента (например, момент от груза на барабане подъемного механизма) зависит от направления вращения.
При изучении вопроса о приведении моментов к одному валу (обычно к валу двигателя) следует уяснить, что «привести момент нагрузки к валу двигателя» - значит определить момент на валу двигателя при известном моменте на валу производственной машины, связанной с двигателем ускоряющей или замедляющей передачей.
Величина приведенного момента будет зависеть от общего передаточного отношения передачи: чем оно больше, тем меньше приведенный момент по сравнению с приводимым.
Приведение моментов статического сопротивления производится на основании равенства статических мощностей двигателя и производственной машины с учетом потерь в передаче.
Рс.д.= 
(1)
Приведение моментов инерции (маховых моментов) производится на основании равенства запаса кинетической энергии реальной системы электропривода с производственной машиной и некоторой эквивалентной массы, находящейся на валу двигателя и вращающейся с угловой скоростью вала двигателя.
Момент инерции (маховой момент) эквивалентной массы будет искомым приведенным моментом
Jпр. 
(2)
где Jпр – приведенный момент инерции. Левая часть равенства выражает кинетическую энергию эквивалентной массы (при вращательном движении), а правая - суммарную кинетическую энергию звеньев реальной системы с производственной машиной. Приведение маховых моментов производится подобным образом с учетом того, что GD2 = 4gJ, а в системе СИ GD2=4J,
где J — момент инерции; GD2 — маховой момент; g — ускорение силы тяжести.
Практически момент инерции и маховой момент электропривода наиболее удобно определять методом свободного выбега, с которым можно ознакомиться по книге В. М. Андреева и Ю. А. Сабинина «Основы электропривода». ГЭИ, 1962.
Полученные теоретические сведения должны быть закреплены выполнением лабораторной работы № 1.
Вопросы для самоконтроля
1. Какие различают статические моменты сопротивления, чем характеризуется каждый из них?
2. Каков физический смысл составляющих уравнения движения?
3. Каково соотношение между моментом инерции и маховым моментом?
4. Каковы условия приведения к валу двигателя статических и динамических моментов?
5. Как определяется общий приведенный момент, если система электропривода с производственной машиной имеет и вращающиеся и поступательно движущиеся звенья?
6. Как определяется общее передаточное отношение передачи?
7. Как приближенно производится приведение маховых моментов к валу двигателя?
8. Как зависит приведенный момент от общего передаточного отношения передачи?
9. Какой знак имеет динамический момент при ускорении электропривода, при замедлении?
10.Как определяется общий КПД передачи, если известны КПД отдельных звеньев?
Тема 1.2. Режимы работы и характеристики
электродвигателей постоянного тока
Основные схемы включения и режимы работы электродвигателей. Основные соотношения, базовые или относительные величины. Механические и скоростные характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения в различных режимах работы. Характеристики при введении в цепь якоря сопротивления (реостата), при ослабленном магнитном потоке, при питании цепи якоря пониженным напряжением, при шунтировании обмотки якоря.
Механические и скоростные характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения в различных режимах работы. Характеристики при введении в цепь якоря сопротивления. Характеристики при шунтировании обмотки якоря.
Литература: [1] стр. 15-36 , [3] стр. 17-40.
Методические указания
Перед изучением темы следует восстановить в памяти принципиальные схемы включения двигателей постоянного тока, их характеристики, зависимость скорости вращения от напряжения, сопротивления цепи якоря, величины магнитного потока и другие вопросы, изученные в курсе «Электрические машины». Правильный выбор двигателя по мощности и способу возбуждения имеет решающее значение для производительной работы производственной машины или механизма. Электропривод должен наиболее полно удовлетворять требования производственной машины в отношении как статической нагрузки, так и переходных режимов: пуск, регулирование скорости, торможение, реверсирование.
Основным критерием при выборе типа двигателя для производственной машины являются его электромеханические свойства.
Основной характеристикой для оценки электромеханических свойств электродвигателя является механическая характеристика, представляющая собой зависимость n = f(M) или ω = f(M). Иногда используется
так называемая скоростная характеристика, представляющая собой зависимость n = f(I) или ω =f(I). Механическая характеристика может быть представлена аналитически в виде уравнения и графически.
При изучении механических характеристик прежде всего необходимо разобраться в уравнении этой характеристики, усвоить смысл величин се=ке Ф, см = км Ф и скорости идеального холостого хода. Необходимо иметь в виду, что момент двигателя М является электромагнитным моментом.
Для практических расчетов с достаточной точностью электромагнитный момент принимают равным моменту на валу. Величины kе и kм могут быть определены по конструктивным данным машины, но проще их определить по каталожным данным. При неизменном магнитном потоке в системе СИ
се=см=с=кф= 
(3)
Так как механическая характеристика двигателя с параллельным или независимым возбуждением является прямолинейной, то она может быть построена по двум точкам.
Механическая характеристика двигателей с последовательным и смешанным возбуждением не имеет аналитического выражения, так как магнитный поток последовательной обмотки возбуждения изменяется вместе с изменением нагрузки, причем зависимость Ф = f (I) нелинейна.
Естественная характеристика этих двигателей дается заводом-изготовителем. При построении искусственных характеристик двигателей с последовательным и смешанным возбуждением следует сначала построить по каталожным данным естественную характеристику.
Искусственные характеристики могут быть построены, исходя из пропорциональности скорости вращения и ЭДС двигателя.
При I = const и Ф = const 
, где индексы «е» и «и» соответствуют координатам естественной и искусственной характеристик.