курсовая работа 1. Проблемы на предприятиях с регулирование температуры электродвигателя
 Скачать 136.07 Kb.
|
 Введение Среди множества тем я выбрала тему «Разработка и моделирование автоматизированной системы регулирования температуры электродвигателя» из-за того, что имею малое представление о регулирование системы и поэтому я захотела разобраться в этой теме. Актуальность Проблемы на предприятиях с регулирование температуры электродвигателя. Одной из причин выхода электродвигателей из строя раньше срока является перегрев. Высокая температура в первую очередь влияет на материал электроизоляции. В результате она становится ломкой, сыпется или даже выгорает, если нагрев электродвигателей превышает допустимые значения. В итоге – короткое замыкание, потеря мощности, поломка силового агрегата. В промышленности основная часть электродвигателей работает при постоянной нагрузке. К их перегреву могут привести: пуск под нагрузкой, к которой двигатель не готов; неправильный режим работы; высокая систематическая нагрузка; обрыв одной из фаз двигателя; заклинивание подшипников вала. Каждый механизм, укомплектованный электродвигателем определенной мощности, которая требуется для выполнения определенных задач. Попытка выполнить объем работы в более сжатые сроки приводит к такому явлению, как аварийные перегрузки, с которыми оборудование не справляется и выходит из строя. Чтобы этого избежать — необходимо строго следовать технологии производственного процесса. Постоянные высокие нагрузки на пределе нормы также вызывают нагрев двигателя, защитить его можно системой безопасности, оказывающей влияние не на режим работы силового агрегата, а на скорость подачи сырья. Также следует обращать внимание на то, что оборудование должно работать в определенных условиях. Если двигатели дымососов должны работать при закрытых шиберах, то необходима система, препятствующая их открытию при низкой температуры воздуха. Задачи автоматизации с регулированием температуры электродвигателя: 1)Обеспечение автоматической защиты оборудования в случаях возникновения защиты ситуаций.; 2)Обеспечение контроля за техническим процессом; 3)Контроль за состояние применяемого оборудования; 4)Управление температурой для процессов производств; Объект исследования тестирования системы автоматизации. По принципу регулирования все системы автоматического регулирования подразделяются на четыре класса. 1. Система автоматической стабилизации - система, в которой регулятор поддерживает постоянным заданное значение регулируемого параметра. 2. Система программного регулирования - система, обеспечивающая изменение регулируемого параметра по заранее заданному закону (во времени). 3. Следящая система - система, обеспечивающая изменение регулируемого параметра в зависимости от какой-либо другой величины. 4. Система экстремального регулирования - система, в которой регулятор поддерживает оптимальное для изменяющихся условий значение регулируемой величины. Для регулирования температурного режима электронагревательных установок применяются в основном системы двух первых классов. Системы автоматического регулирования температуры по роду действия можно разделить на две группы: прерывистого и непрерывного регулирования. Автоматические регуляторы систем автоматического регулирования (САР) по функциональным особенностям разделены на пять типов: позиционные (релейные), пропорциональные (статические), интегральные (астатические), изодромные (пропорционально-интегральные), изодромные с предварением и с первой производной. Позиционные регуляторы относятся к прерывистым САР, а остальные типы регуляторов - к САР непрерывного действия. Ниже рассмотрены основные особенности позиционных, пропорциональных, интегральных и изодромных регуляторов, имеющих наибольшее применение в системах автоматического регулирования температуры. Предмет исследования: уровень использования электродвигателя в современном обществе благодаря его техническим характеристикам. Цель исследования: изучение электродвигателями с регулируемой температурой, исследование его характеристик в различных режимах работы Задачи исследования: 1)Изучить схемы для исследования асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором (в дальнейшем АД); 2)Снять естественную механическую характеристику; 3)Снять рабочие характеристики двигателя по методу непосредственной нагрузки; 4)Провести обработку экспериментальных данных, составить отчет и сделать заключение по работе. 1.1. Анализ технологического процесса. Электрический двигатель — электрическая машина (электромеханический преобразователь), в которой электрическая энергия преобразуется в механическую. В основу работы подавляющего числа электрических машин положен принцип электромагнитной индукции. Электрическая машина состоит из неподвижной части — статора (для асинхронных и синхронных машин переменного тока), подвижной части — ротора (для асинхронных и синхронных машин переменного тока) или якоря (для машин постоянного тока). Виды электродвигателей:Таблица классификации различает электродвигатели по разным признакам, основные из них – тип питания и принцип работы. Первый делит устройства на электродвигатели постоянного тока (работают на аккумуляторах, батарейках, других источниках) и переменного тока (запитаны напрямую от электрической сети). По принципу работы электрические двигатели делят на синхронные и асинхронные: Синхронные электродвигатели - сложнее в плане конструкции. У них есть обмотка ротора, а питание подается через щеточный механизм. Свое название получили благодаря синхронности вращения с магнитным полем, которое его запускает. Асинхронные - просты в сборке, а потому пользуются самой большой популярностью (нет обмотки, щеток и т. д.). Их роторы двигаются медленнее магнитного поля, что определяет асинхронность вращения электродвигателя и его название. В быту и промышленности встречаются электрические двигатели различных видов, типов, классов, мощностей. Самыми востребованными остаются простые в конструкции устройства, которые решают задачу преобразования электроэнергии в механическое вращение вала. Но даже в этой группе есть масса нюансов, которые нужно знать, чтобы правильно эксплуатировать оборудование. Начинается такая практика (грамотного использования электродвигателей для любых целей) с понимания того, как оно функционирует (принципов работы) Принцип работы электродвигателя построен на процессах взаимного притяжения и отталкивания одно- и разноименных полюсов магнитов на роторе (находится в движении) и статоре (его магнит неподвижен). В самой простой сборке электродвигателя постоянного тока в роли ротора выступает катушечный узел, а индуктором – сам магнит. Магнитное поле обеспечивает высокую эффективность работы с одним уточнением, которое формирует сложности устройства механизма. Для обеспечения постоянного движения якоря нужно добиться автоматической смены его полюсов (чтобы притянувшись к противоположному полюсу неподвижного магнита, он сразу менял собственный полюс). Это единственный способ исключить «замирание» якоря и обеспечить его безостановочное движение под действием магнитного поля и инерции. Магнитное поле электродвигателя Принцип работы статорного электродвигателя (также называется индукционным) тоже основан на формировании магнитного поля статора. Оно образуется во время прохождения токов через его обмотки. Это поле (вращающееся магнитное) формирует магнитное поле ротора через индукцию токов в обмотках его проводников. Оно же (статорное поле) создает собственный магнитный поток, при этом наблюдается пропорциональная связь: магнитное поле статора пропорционально электронапряжению в сети; магнитный поток, создаваемый вращающимся полем, пропорционален току. Характеристики поля статора зависят от токов, проходящих через обмотки, и числа обмоток фаз. Магнитное поле ротора, в свою очередь, тоже формирует поток, движущийся медленнее потока статора. Оба потока (статора и якоря) взаимно притягиваются, принуждая ротор совершать вращательные движения. Так возникает крутящий момент – тот самый ключевой процесс, ради которого собирается вся конструкция электродвигателя. Учитывая роль статора и ротора в работе электродвигателя переменного тока, несложно заключить, что именно эти 2 элемента имеют самое большое значение в его сборке. 1.2 Выбор технологии Электродвигатель постоянного тока (ДПТ) — электрическая машина постоянного тока, преобразующая электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию. Эра электродвигателей берёт своё начало с 30-х годов XIX века, когда Фарадей на опытах доказал способность вращения проводника, по которому проходит ток, вокруг постоянного магнита. На этом принципе Томасом Девенпортом был сконструирован и испытан первый электродвигатель постоянного тока. Изобретатель установил своё устройство на действующую модель поезда, доказав тем самым работоспособность электромотора. Практическое применение ДПТ нашёл Б. С. Якоби, установив его на лодке для вращения лопастей. Источником тока учёному послужили 320 гальванических элементов. Несмотря на громоздкость оборудования, лодка могла плыть против течения, транспортируя 12 пассажиров на борту. Лишь в конце XIX столетия синхронными электродвигателями начали оснащать промышленные машины. Этому способствовало осознание принципа преобразования электродвигателем постоянного тока механической энергии в электричество. То есть, используя электродвигатель в режиме генератора, удалось получать электроэнергию, производство которой оказалось существенно дешевле от затрат на выпуск гальванических элементов. С тех пор электродвигатели совершенствовались и стали завоёвывать прочные позиции во всех сферах нашей жизнедеятельности. Конструктивно электродвигатель постоянного тока устроен по принципу взаимодействия магнитных полей. Самый простой ДПТ состоит из следующих основных узлов: 1.Двух обмоток с сердечниками, соединенных последовательно. Данная конструкция расположена на валу и образует узел, называемый ротором или якорем. 2.Двух постоянных магнитов, повёрнутых разными полюсами к обмоткам. Они выполняют задачу неподвижного статора. 3.Коллектора – двух полукруглых, изолированных пластин, расположенных на валу ДПТ. 4.Двух неподвижных контактных элементов (щёток), предназначенных для передачи электротока через коллектор до обмоток возбуждения.  Статор (индкутор) В моделях мощных современных двигателях постоянного тока используются статоры, они же индукторы, в виде катушек, намотанных на сердечники. При замыкании электрической цепи происходит образование линий магнитного поля, под действием возникающей электромагнитной индукции. Для запитывания обмоток индуктора ДПТ могут использоваться различные схемы подключения: 1.с независимым возбуждением обмоток; 2.соединение параллельно обмоткам якоря; 3.варианты с последовательным возбуждением катушек ротора и статора; 4.смешанное подсоединение. Схемы подключения наглядно видно на рисунке.  У каждого способа есть свои преимущества и недостатки. Часто способ подключения диктуется условиями, в которых предстоит эксплуатация электродвигателя постоянного тока. В частности, если требуется уменьшить искрения коллектора, то применяют параллельное соединение. Для увеличения крутящего момента лучше использовать схемы с последовательным подключением обмоток. Наличие высоких пусковых токов создаёт повышенную электрическую мощность в момент запуска мотора. Данный способ подходит для двигателя постоянного тока, интенсивно работающего в кратковременном режиме, например для стартера. В таком режиме работы детали электродвигателя не успевают перегреться, поэтому износ их незначителен. Ротор (якорь) В рассмотренном выше примере примитивного электромотора ротор состоит из двухзубцового якоря на одной обмотке, с чётко выраженными полюсами. Конструкция обеспечивает вращение вала электромотора. В описанном устройстве есть существенный недостаток: при остановке вращения якоря, его обмотки занимают устойчивое. Для повторного запуска электродвигателя требуется сообщить валу некий крутящий момент. Коллектор Если на выводы обмоток ротора подключить источник постоянного тока, якорь сделает пол-оборота и остановится. Для продолжения процесса вращения необходимо поменять полярность подводимого тока. Устройство, выполняющее функции переключения тока с целью изменения полярности на выводах обмоток, называется коллектором. Самый простой коллектор состоит из двух, изолированных полукруглых пластин. Каждая из них в определённый момент контактирует со щёткой, с которой снимается напряжение. Одна ламель всегда подсоединена к плюсу, а вторая – к минусу. При повороте вала на 180º пластины коллектора меняются местами, вследствие чего происходит новая коммутация со сменой полярности. Такой же принцип коммутации питания обмоток используются во всех коллекторах, в т. ч. и в устройствах с большим количеством ламелей (по паре на каждую обмотку). Таким образом, коллектор обеспечивает коммутацию, необходимую для непрерывного вращения ротора. В современных конструкциях коллектора ламели расположены по кругу таким образом, что каждая пластина соответствующей пары находится на диаметрально противоположной стороне. Цепь якоря коммутируется в результате изменения положения вала. Области применения: Перечислять все области применения электродвигателей можно бесконечно долго. Для примера назовём лишь несколько из них: бытовые и промышленные электроинструменты; автомобилестроение – стеклоподъёмники, вентиляторы и другая автоматика; трамваи, троллейбусы, электрокары, подъёмные краны и другие механизмы, для которых важны высокие параметры тяговых характеристик. Преимущества и недостатки К достоинствам относится: 1.линейная зависимость характеристик электродвигателей постоянного тока (прямые линии) упрощающие управление; 2.легко регулируемая частота вращения; 3.хорошие пусковые характеристики; 4.компактные размеры. У асинхронных электродвигателей, являющихся двигателями переменного тока очень трудно достичь таких характеристик. Недостатки: 1.ограниченный ресурс коллектора и щёток; 2.дополнительная трата времени на профилактическое обслуживание, связанное с поддержанием коллекторно-щёточных узлов; 3.ввиду того, что мы пользуемся сетями с переменным напряжением, возникает необходимость выпрямления тока; 4.дороговизна в изготовлении якорей. По перечисленным параметрам из недостатков в выигрыше оказываются модели асинхронных двигателей. Однако во многих случаях применение электродвигателя постоянного тока является единственно возможным вариантом, не требующим усложнения электрической схемы. |