ВСР. Внеаудиторная самостоятельная работа
 Скачать 1.26 Mb.
|
|
Тема 7.1 Классификация, режимы работы электроприводов Электроприводы по способам распределения механической энергии можно разделить на три основных типа: групповой электропривод; индивидуальный и взаимосвязанный. Групповой электропривод обеспечивает движение исполнительных органов нескольких рабочих машин или нескольких исполнительных органов одной рабочей машины. Передача механической энергии от одного двигателя к нескольким рабочим машинам и ее распределение между ними производится с помощью одной или нескольких трансмиссий. Такой групповой привод называют также трансмиссионным (рисунок 1).  Рисунок 1 Индивидуальный привод по сравнению с трансмиссионным и групповым обладает рядом преимуществ: производственные помещения не загромождаются тяжелыми трансмиссиями и передаточными устройствами; улучшаются условия работы и повышается производительность труда вследствие облегчения управления отдельными механизмами, уменьшения запыленности помещений, лучшего освещения рабочих мест; снижается травматизм обслуживающего персонала. Кроме того, индивидуальный электропривод отличается более высокими энергетическими показателями. Взаимосвязанный электропривод содержит два или несколько электрически или механически связанных между собой электродвигательных устройства (или электроприводов), при работе которых поддерживается заданное соотношение или равенство скоростей или нагрузок или положение исполнительных органов рабочих машин. Необходимость в таком приводе часто возникает по конструктивным пли технологическим соображениям. По виду движения электроприводы могут обеспечить: вращательное однонаправленное движение, вращательное реверсивное и поступательное реверсивное движения. Вращательное однонаправленное, а также реверсивное движение осуществляется электродвигателями обычного исполнения. Поступательное движение может быть получено путем использования электродвигателя вращательного движения обычного исполнения совместно с преобразовательным механизмом (кулисным, винтовым, реечным и т.п.) либо применения электродвигателя специального исполнения для поступательного движения (так называемые линейные электродвигатели, магнитогидродинамические двигатели). По степени управляемости электропривод может быть: 1) нерегулируемый – для приведения в действие исполнительного органа рабочей машины с одной рабочей скоростью, параметры привода изменяются только в результате возмущающих воздействий; 2) регулируемый – для сообщения изменяемой пли неизменяемой скорости исполнительному органу машины, параметры привода могут изменяться под воздействием управляющего устройства; 3) программно-управляемый – управляемый в соответствии с заданной программой; 4) следящий – автоматически отрабатывающий перемещение исполнительного органа рабочей машины с определенной точностью в соответствии с произвольно меняющимся задающим сигналом; 5) адаптивный – автоматически избирающий структуру или параметры системы управления при изменении условий работы машины с целью выработки оптимального режима. Можно классифицировать электроприводы и по роду передаточного устройства. В этом смысле электропривод бывает: 1) редукторный, в котором электродвигатель передает вращательное движение передаточному устройству, содержащему редуктор; 2) безредукторный, в котором осуществляется передача движения от электродвигателя либо непосредственно рабочему органу, либо через передаточное устройство, не содержащее редуктор. По уровню автоматизации можно различать: 1) неавтоматизированный электропривод, в котором управление ручное; в настоящее время такой привод встречается редко, преимущественно в установках малой мощности бытовой и медицинской техники и т. п.; 2) автоматизированный электропривод, управляемый автоматическим регулированием параметров; 3) автоматический электропривод, в котором управляющее воздействие вырабатывается автоматическим устройством без участия оператора. Два последних типа электропривода находят применение в подавляющем большинстве случаев. Наконец, по роду тока применяются электроприводы постоянного и переменного тока. Все режимы в электроприводе делятся на установившиеся (номинальный режим работы) и переходные (пуск, реверс, торможение). Установившийся режим работы электропривода определяется из условия равенства нулю динамического момента. Этот режим характеризуется работой двигателя с неизменной угловой скоростью, постоянными во времени и равными по величине моментом двигателя и моментом сопротивления. Так как момент, развиваемый двигателем в установившемся режиме, есть функция скорости, то равенство М=Мс возможно только при условии, что момент сопротивления – постоянная величина или функция скорости. Если МС есть функция, например, пути (угла поворота), то даже при постоянной угловой скорости момент сопротивления изменяется во времени и установившийся режим невозможен. Установившийся режим описывается статическими характеристиками. Переходным режимом электропривода называют режим работы при переходе от одного установившегося состояния к другому, когда изменяются скорость, момент и ток. Причинами возникновения переходных режимов в электроприводах является либо изменение нагрузки, связанное с производственным процессом, либо воздействие на электропривод при управлении им, т. е. пуск, торможение, изменение направления вращения и т. п. Переходные режимы в электроприводах могут возникнуть также в результате аварий или нарушения нормальных условий электроснабжения (например, изменения напряжения или частоты сети, несимметрия напряжения и т. п.). Характер переходного режима электропривода зависит от свойств рабочей машины, типа примененного двигателя и механической передачи, принципа действия и свойств аппаратуры управления, а также от режима работы двигателя (пуск, торможение, прием и сброс нагрузки и т.д.). Переходные режимы описываются динамическими характеристиками. Самостоятельная работа №15 Тема 7.2 Аппаратура управления электродвигателями Составной частью электропривода является аппаратура управления и защиты электродвигателей, предназначенная для пуска и остановки двигателя, изменения частоты и направления вращения вала двигателя, а также обеспечения работы электродвигателя в заданных режимах в соответствии с требованиями технологического процесса и защиты его при отклонении режима работы от заданного. Аппаратуру управления классифицируют по следующим признакам: по способу управления – с ручным, автоматическим и дистанционным управлением; роду тока – для постоянного и переменного тока; исполнению – открытое, защищенное пыле-брызгонепроницаемое, тропическое и т.п. Аппаратура ручного управления приводится в действие обслуживающим персоналом. К ней относятся выключатели и переключатели, рубильники, пусковые резисторы, кнопочные станции, магнитные пускатели, автоматические выключатели. Ручное управление электроприводами применяют только в редко включаемых установках небольшой мощности, не требующих дистанционного управления. Для автоматического управления электроприводом широко применяют релейно-контакторную аппаратуру, в состав которой входят контакторы, магнитные пускатели с кнопочными станциями, конечные и путевые выключатели, различные реле и т. п. Существуют бесконтактные способы управления электроприводами, основанные на применении тиристоров и симисторов. Для управления электроустановками производственного назначения используют пакетные выключатели и переключатели. Их выпускают общего исполнения для открытой и скрытой установки в помещениях с нормальной средой и герметическими (полугерметическими) – для сырых помещений. Контакты у выключателей скользящие или рубящие. По исполнению выключатели и переключатели бывают перекидные, поворотные, кнопочные, клавишные и др. Пакетные выключатели и переключатели предназначены для нечастых включений в цепях небольшой мощности (токи до 100 А при напряжении 220 В, 60 А – при 380 В). Их изготовляют открытого исполнения или с защитным кожухом. Они рассчитаны для установки на щитах, в распределительных ящиках, сухих помещениях. Пакетный выключатель состоит из отдельных сложенных вместе пакетов 3 (рис. 1) и приводного механизма. Пакет является одним полюсом выключателя, в котором имеются два разрыва. Неподвижные контакты 5 выполнены в виде массивных пластин из латуни, подвижные б – в виде двух пружинящих губок, которые насажены на квадратный изолированный вал 4 выключателя с рукояткой и могут поворачиваться вместе с ним. Движение подвижных контактов осуществляется с помощью приводного механизма 1. При вращении рукоятки 2 сначала заводится пружина, которая сообщает необходимую скорость контактам. Пакетные выключатели и переключатели обладают большими преимуществами по сравнению с другой аппаратурой управления: малыми габаритными размерами, удобством монтажа, вибро- и удароустойчивостью. Применяют их в непыльных помещениях с относительной влажностью воздуха до 80 % при температуре 40 °С.  Рисунок 1 – Пакетный выключатель Для включения и отключения электрических цепей напряжением до 500 В применяют также простейшие аппараты управления – рубильники.  Рисунок 2 – Рубильник Рубильник состоит из неподвижных врубных контактов 2 (рис. 2), главных ножей 6, закрепленных шарнирно в неподвижных контактах 7, дугогасительного устройства и привода. Рубильники монтируют на изоляционных плитах 7, включают центральной 5 и боковой 9 рукоятками или через систему рычагов. Важнейшая часть рубильника – контакты. Нажатие на них в рубильниках, рассчитанных на токи до 100 А, обеспечивают пружинящие губки, а на токи больше 100 А – стальные пружины. Рубильники имеют устройства, предохраняющие ножи и контакты от обгорания и быстро отключающие ^контакты. Одно из наиболее простых устройств – моментный нож 3, соединенный с главным ножом 6 и пружиной 4. Во включенном положении ток в основном протекает по главному ножу. При выключении из губок неподвижных контактов 2 сначала выходит главный нож, а моментный остается в контактах, и по нему протекает ток. Так как цепь не разрывается в момент выхода из контактов главного ножа, то дуга при этом не возникает. При достаточно отведенном главном ноже пружина разжимается и благодаря упругости вытягивает с большой скоростью моментный нож из неподвижного врубного контакта. Возникающая при этом дуга быстро гасится и не вызывает обгорания контактов и ножа. Рубильники и переключатели выпускают на токи 100...500 А при напряжениях до 500 В постоянного тока и переменного частотой 50 Гц. Командоаппараты служат для ручного переключения контрольных цепей катушек магнитных пускателей, контакторов, реле и т.д. Замыканием или размыканием электрической цепи оператор может дистанционно подать команду на пуск или остановку электрической машины. Наиболее простые командоаппараты – кнопки управления, применяемые для дистанционного управления электромагнитными аппаратами постоянного и переменного тока напряжением до 500 В. Несколько кнопок, установленных в общем кожухе, состоящем из основания и крышки, образуют кнопочный мост управления. Самостоятельная работа №16 Тема 8.1 Передача и распределение электрической энергии Передача и распределение электрической энергии осуществляются электрическими сетями – внутренними (цеховыми) и наружными. Наружные сети часто называют межцеховыми (питание 3УР, 2УР и отдельные РП-10 кВ) или магистральными (питание по туннелям и блокам от 6УР, 5УР до 4УР). Наружные сети до 1 кВ на промышленных предприятиях имеют ограниченное распространение (главным образом, это сети наружного освещения). Прокладка производится изолированными и неизолированными (голыми) проводами (преимущественно воздушные ЛЭП). Изолированные проводавыполняются защищенными – поверх электрической изоляции накладывается металлическая или иная оболочка, предохраняющая изоляцию от механических повреждений. Изолированные проводники: провода, кабели и шнуры. Неизолированные провода: алюминиевые, медные, стальные шины, токопроводы, троллеи и голые провода. Для сетей используют твердотянутую медь, покрытую тонкой оксидной пленкой, обеспечивающей хорошее противостояние влиянию атмосферных условий и воздействию химических соединений, содержащихся в промышленных выбросах. Твердотянутый алюминий, применяемый для этих целей, также покрыт пленкой, но подвергается коррозии вблизи моря и ряда производств, связанных с получением или использованием кислот. Большее электрическое сопротивление, худшие монтажные и эксплуатационные свойства, но меньшая стоимость по сравнению с медью определяют область его применения. Стальные проводники требуется подвергать оцинкованию (присадки до 0,4 % меди), их применяют из-за дешевизны, для малых нагрузок (в сельских сетях). Предпочтительнее использовать биметаллические, в которых стальные проволоки, несущие механическую нагрузку, снаружи покрыты слоем электролитической меди или алюминия. Транспорт электроэнергии в системах электроснабжения осуществляется: 1) воздушными линиями – устройствами для передачи и распределения электроэнергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и прикрепленным при помощи изоляторов и арматуры к опорам или кронштейнам, стойкам на зданиях и инженерных сооружениях (мостах, путепроводах, эстакадах и т. п.); 2) кабельными линиями – устройствами для передачи электроэнергии, состоящими из одного или нескольких параллельных кабелей с соединительными, стопорными и концевыми муфтами (заделками) и крепежными деталями; 3) токопроводами – устройствами для передачи и распределения электроэнергии, состоящими из неизолированных или изолированных проводников и относящихся к ним изоляторов, защитных оболочек, осветительных устройств, поддерживающих или опорных конструкций; 4) электропроводками – совокупностью проводов и кабелей с относящимися к ним креплениями, поддерживающими защитными конструкциями и деталями. Сечения проводников устройств канализации электроэнергии выбираются: а) по нагреву (с учетом нормальных, послеаварийных, ремонтных режимов) максимальным током в течение получаса; б) по экономической плотности тока; в) по условиям динамического действия и нагрева при коротком замыкании. Нормированное значение по нагреву и по экономической плотности тока jэк определяется ПУЭ. По экономической плотности тока не выбирают: сети промышленных предприятий и сооружений до 1 кВ при Тmax до 4000-5000; ответвления к отдельным электроприемникам и пускорегулирующим элементам напряжением до 1 кВ; осветительные сети промышленных предприятий, жилых и общественных зданий; сборные шины и ошиновка ОРУ и 3РУ всех напряжений; сети временных сооружений, а также устройств со сроком службы 3-5 лет. В электроустановках выше 1 кВ по режиму КЗ следует проверять: а) кабели и другие проводники, токопроводы, а также опорные и несущие конструкции для них; б) воздушные линии при ударном токе КЗ, равном 50 кА и более, для предупреждения схлестывания проводов при динамическом действии токов КЗ, в электроустановках ниже 1 кВ – только токопроводы, распределительные щиты и силовые шкафы. Стойкими при токах КЗ являются те элементы транспорта электроэнергии, которые при расчетных условиях выдерживают воздействия этих токов, не подвергаясь электрическим и механическим разрушениям или деформациям. По режиму КЗ при напряжении выше 1 кВ не проверяют элементы: защищенные плавкими предохранителями со вставками (по электродинамической стойкости – на номинальный ток вставок до 60 А и независимо от него – по термической стойкости), в цепях к индивидуальным приемникам, в том числе к цеховым трансформаторам общей мощностью до 2,5 МВА и с высшим напряжением до 20 кВ [если соблюдены одновременно следующие условия: а) в электрической или технологической части предусмотрена необходимая степень резервирования, выполненного так, что отключение указанных приемников не вызывает расстройства технологического процесса, б) повреждение проводника при КЗ не может вызвать взрыва или пожара, в) возможна замена проводника без значительных затруднений]; проводники неответственных индивидуальных приемников, провода ВЛ; трансформаторы тока и напряжения при определенных условиях Температура нагрева проводников при КЗ не должна превышать следующих предельно допустимых значений, °С Шины: медные 300 алюминиевые 200 Кабели с изоляцией: бумажной на напряжение до 10 кВ 200 поливинилхлоридной резиновой 150 полиэтиленовой 120 Самостоятельная работа №17 Тема 9.1 Электропроводность полупроводников Полупроводники – материалы, занимающие по проводимости промежуточное положение между проводниками и диэлектриками (германий, кремний, селен, теллур, мышьяк, огромное количество сплавов и химических соединений). Электропроводностью полупроводников можно управлять температурой (в терморезисторах), светом (в фоторезисторах), давлением (в тензорезисторах), электрическим полем (в варисторах). Собственная электропроводность – это электропроводность полупроводников при отсутствии примесей. Электроны становятся свободными при поглощении некоторого количества энергии (тепла, света и др.). Атом кристаллической решетки, потерявший электрон, приобретает положительный заряд и называется «дыркой». В отсутствие электрического поля свободные электроны и дырки участвуют в хаотическом тепловом движении. Если полупроводник поместить в электрическое поле, то электроны и дырки приобретают упорядоченное движение. n-проводимость – электронная проводимость. р-проводимость – дырочная – создается поочередным замещением электронами друг друга: отрицательно заряженный электрон притягивается к дырке, имеющей положительный заряд, и дырка превращается в нейтральный атом, а то место в кристаллической решетке, откуда отделился электрон, превращается в новую дырку и т.д. Примесная электропроводность – электропроводность полупроводников с примесями. Примесная электропроводность требует меньше энергии, чем собственная и обнаруживается при более низких температурах. Донорные примеси – это примеси, которые увеличивают n-проводимость и у которых валентных электронов больше, чем у атомов данного полупроводника. Акцепторные примеси – это примеси, которые увеличивают р-проводимость и у которых валентных электронов меньше, чем у атомов данного полупроводника. Полупроводники n-типа – полупроводники с донорными примесями. Полупроводники р-типа – полупроводники с акцепторными примесями.  Рисунок 1 – Кристаллическая решетка кремния с примесью мышьяка (а) и индия (б) ● У атома кремния (Si – IV группа в таблице Менделеева) – 4 валентных электрона; у атома мышьяка (As – V группа в таблице Менделеева) 5 валентных электронов. Четыре электрона атома мышьяка (As) образуют связи с четырьмя соседними атомами кремния (Si), а пятый электрон связи не образует. Он слабо связан и легко становится свободным (рис. 1, а). ● У атома индия (In – III группа в таблице Менделеева) 3 валентных электрона. Три электрона атома In (рис. 1, б) образуют связи с 3 соседними атомами Si, а одной химической связи не хватает. Чтобы ее заполнить необходима малая энергия (электрон как бы притягивается к примеси (к атому индия). При этом образуется четвертая связь, In превращается в отрицательный неподвижный ион, а в том месте, откуда отделился электрон, образуется дырка. Эстафетное перескакивание электронов из дырки в дырку создает движение дырок. Самостоятельная работа №18 |