книги / Электропривод, электрооборудование и основы управления

зависимость со=/(Л/ДИ|,) и называется совместной характеристикой.

стью ©уст. Справа от этой точки располагается та часть совместной характеристики, где М>Мст, что соответствует ускорению, а слева М < М „, что соответствует замедлению.

Полученная кривая 2 имеет наклон слева вниз направо. Это оз­ начает, что режим работы электропривода устойчивый. Предполо­ жим, что по какой-либо случайной причине скорость уменьшилась от значения (0устдо(04 (точка г4). Сразу же появляется динамический момент М ди»«>0, электропривод автоматически увеличивает скорость до первоначальной. Если же скорость возрастает от ©уст до ©5 (точ­ ка г5), то появляется замедление и скорость снова автоматически восстанавливается до значения ©уст.

Если окажется, что совместная характеристика имеет наклон слева вверх направо (штриховая линия), то совместная работа дви­ гателя и механизма станет невозможной. Действительно, при слу­ чайном увеличении скорости (точка д5) двигатель получает ускоре­ ние, продолжает разгоняться и идет в разнос, а при случайном умень­ шении скорости (точка д3) двигатель замедляется и останавливается.

Часто встречаются такие совместные характеристики, на одной части которых получается устойчивый режим, а на другой — неустой­ чивый (например, для асинхронного электродвигателя и подъемного устройства).

ЗАДАНИЕ 1.1. Построение совместной характеристики.

1.Построить совместную характеристику (см. рис. 1.3) для двигателя (кривая 3)

имеханизма (кривая 8) и определить по ней: возможность их совместной работы; момент двигателя М и механизма Мст для точки установившегося режима; устано­

вившуюся скорость.

2.Построить совместные характеристики соответственно для других сочетаний двигателя и механизма (2 и 7; 5 и 8; I и 9; 4 и 8; 5 и 7).

И

§ 1.5. Относительные величины

Относительные величины применяют для упрощения расчетов, сравнения свойств электродвигателей, разных по мощности, угловой скорости, номинальному напряжению й др. Рассмотрим некоторые

Очевидно, М»ном= 1, при недогрузке двигателя М .< 1, при пере­ грузке М .> 1. Обычно допускается небольшая длительная перегруз­ ка по моменту (А/. = 1,1 Ч- 1,15).

Относительная сила тока якоря

I *а = I а / 1 а ном-

Аналогично предыдущему, / . вНом= 1, при недогрузке /.„ < 1, при

перегрузке I,a> 1.

Относительное напряжение на якоре и* = и / и но».

Магнитная система электродвигателей обычно близка к насыще­ нию, поэтому Даже незначительное повышение напряжения приводит к нежелательным последствиям. В связи с возможностью колебания напряжения сети допускается повышение напряжения С/, до значе­ ния не более 1,05.

Относительное сопротивление

R* = R/Rn<»„

где R — сопротивление обмотки якоря, или добавочного резистора, или обмоток возбуждения и т. д.; R HOM=UnoM/I аном — номинальное сопротивление (в реальном двигателе не существует). Это расчет­ ная величина, необходимая только для упрощения расчетов. Физи­ чески R «ом можно представить как сопротивление цепи якоря, при котором по якорю при номинальном напряжении протекает номи­ нальный ток, если якорь заторможен.

Относительная угловая скорость

Формула (а) применяется для двигателей постоянного тока по­ следовательного возбуждения, а (б) — для всех остальных двига­ телей.

Аналогично, относительная частота вращения

п* = п /п пом; п% = п /п 0,

* Здесь и далее относительные величины отмечены в индексе звездочкой.

12

причем численно <D*= и*. Электродвигатели общего применения обыч­

двигателя S и коэффициент жесткости (3.

§ 1.6. Жесткость механических характеристик

Рассмотрим механические прямолинейные характеристики У и 2 электродвигателя (рис. 1.6, а). Они отличаются друг от друга жест­ костью, т. е. углом наклона а к оси. Коэффициентом жесткости меха­ нической характеристики называется тангенс этого угла

Р = tg a = ДЛ4*/Дш*,

Рис. 1.6. Определение жесткости механических характеристик:

а — прямолинейной; б — криволинейной

где ДМ*, Дсо*— относительные приращения момента и угловой скорости.»

Для определения коэффициента жесткости Р, характеристики У строим прямоугольный треугольник абву где точка а соответствует номинальному режиму (М*„0м и (0*„ом). Запишем

Р , = а б / б в = 1 / ( й ) * 0 — СО*иом) — 1 / (0 )0/С00 — (OIIOM/Ш о) = Щ / ( щ — WHOM)

Для характеристики 2 строим треугольник где и находим

Р2 = COQ/ (d)0 — WHOM) >

где (о пом— угловая скорость при номинальном моменте. Криволинейная механическая характеристика имеет переменную

жесткость (рис. 1.6, б). Если необходимо определить коэффициент жесткости в какой-либо точке (например, а), то предварительно от­ мечаем точку номинального режима д с координатами о*= 1; М* = 1. Затем через точку а проводим касательную, на которой строим пря­ моугольный треугольник бег. Коэффициент жесткости в точке а бу­ дет р = tg a = гв/бг. Длины отрезков гв и бг определяют графически,

13

путем проецирования их на оси. Очевидно, что жестокость в точке д больше, чем в точке а. Условились считать характеристику жесткой, если р = 10-^40; мягкой, если р< 10, и абсолютно жесткой, если

Р> 40.

Жесткость механической характеристики — один из основных показателей электродвигателя. В некоторых случаях необходимы жесткие характеристики (для станков, подъемных устройств, насо­ сов) , а в некоторых — мягкие (для транспорта, экскаваторов).

§ 1.7. Момент инерции и динамический момент

Момент инерции. При разгоне какого-либо тела под действием сторонней силы в нем накапливается кинетическая энергия. При рав­ номерном движении эта энергия сохраняется в теле без изменения. Если же сила перестает действовать на тело, то оно продолжает не­ которое время двигаться под действием накопленной энергии, кото­ рая постепенно уменьшается. Эта энергия расходуется на преодоление трения между телом и средой или поверхностью, по которой оно движется. Тело прекратит свое движение, когда накопленная энергия полностью израсходуется. Такое свойство тела сохранять состояние движения при отсутствии внешней силы называется инертностью. Инертность движущихся частей электропривода имеет большое зна­ чение при пуске, торможении, регулировании скорости, изменении нагрузки, т. е. при различных переходных режимах. Инертность раз­

где т — масса тела, кг; D — диаметр инерции тела, м.

Следует различать диаметр инерции D и геометрический диаметр

где A,, Dm— наружный и внутренний диаметры инерции, м.

Чем больше масса тела или его момент инерции, тем большее количество энергии накапливается в теле при прочих равных услови­ ях (например, при равных скоростях) и тем дольше будет двигаться тело по инерции.

Для удобства расчета инертность поступательно движущегося тела массой т со скоростью v можно перевести в инертность враща­ тельного движения, т. е. перейти от массы к моменту инерции: У„ст = = mv2fш2, где со — угловая скорость тела.

14

Динамический момент. Динамический момент (Н • м) можно вы­ разить через момент инерции:

Из (1.12) и (1.13) следует, что при ускорении, равном нулю, ди­ намический момент и динамическая сила также равны нулю, что

об/мин.

§ 1.8. Приведение статических моментов

Для того чтобы рассчитать мощность электродвигателя, необхо­ димого для привода какого-либо механизма, пересчитывают стати­ ческий момент сопротивления, возникающий в механизме, к скорости вала двигателя. Такой пересчет называется приведением. Редуктор, понижающий скорость в i раз, одновременно во столько же раз повы­ шает момент. С учетом КПД получим момент на валу механизма М мех = Л/дв/Г|> откуда

где МдВ— момент, приведенный к валу двигателя.

Пример I. 1. Подъемное устройство (рис. 1.7) поднимает груз массой m = 550 кг.

15

ЧАСТЬ ВТОРАЯ

ЭЛЕМЕНТЫ СХЕМ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Г Л А В А 2

АППАРАТЫ НИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

§ 2.1. Общие сведения

Электрическими аппаратами называют электротехнические ус­ тройства, предназначенные для управления, регулирования, контроля и защиты электрических цепей. Их делят на аппараты низкого и вы­ сокого напряжения. Условно принято считать низким напряжение до 1000 В. В системах электропривода промышленных установок, жилых зданий и коммунальных предприятий обычно применяют на­ пряжения 220 и 380 В, поэтому будем рассматривать только аппара­ ты низкого напряжения.

В СССР изготовляют аппараты более 500 различных наименова­ ний, не считая типоразмеров, которые делятся по назначению, роду тока, способу замыкания цепи и т. д.

По н а з н а ч е н и ю , т. е. по выполняемым функциям, аппараты можно разделить на следующие группы:

аппараты управления электрическими цепями: рубильники, вы­ ключатели, кнопки, реле и др. Они включают или выключают элек­ трическую цепь или отдельные ее части;

аппараты регулирования параметров электрических цепей: регуля­ торы напряжения, реостаты, резисторы и т. д.;

аппараты контроля параметров: реле скорости, давления, уровня жидкости, тепловые и различные датчики;

аппараты защиты: предохранители, автоматические воздушные выключатели, реле защиты;

аппараты усиления: магнитные, полупроводниковые, ионные уси­ лители;

аппараты распределения электрического тока: зажимы; штепсель­ ные разъемы, токосъемники;

аппараты логических функций: логические элементы, микромо­ дули, интегральные схемы;

аппараты перемещения: электромагниты, электрогидротолкатели, электромагнитные тормоза.

Бывают аппараты, совмещающие в себе две функции.

Аппараты приводятся в действие различными способами: вручную или с помощью механизма электромагнитного, магнитоэлектрическо­ го, индукционного, теплового и т. д., поэтому их различают:

По р о д у т о к а — аппараты постоянного тока, переменного тока промышленной частоты, переменного тока повышенной частоты.

17

рывание тока происходит за счет размыкания контактов. Однако су­ ществуют и такие аппараты, в которых внутреннее сопротивление можно резко изменять от 0 до оо (например, в тиристорах, транзис­

торах, логических элементах и др.).

На каждое электротехническое изделие издательство ИНФОРМЭЛЕКТРО выпускает каталог, в котором указываются техническая характеристика, размеры, масса, условия эксплуатации, конструкция изделия, завод-изготовитель и т. д. Такие каталоги систематически рассылаются заинтересованным организациям и предприятиям; они помогают выбрать наиболее подходящий аппарат для системы элек­

тропривода.

Ежегодно выпускается Указатель отраслевого каталога «Электро­ техника СССР». Все изделия в нем разделены на 31 серию. Электри­

контактов, предназначенный для включения или выключения элек­ трических цепей (рис. 2.1). На изолирующем основании 1 закрепле­ ны контактная 2 и шарнирная 6 стойки. К ним присоединяются входные 15 и выходные 13 провода. Рукояткой 3, установленной в центре траверсы 4, приводят в движение нож 5, перемыкающий стой­ ки. При этом электрическая цепь замыкается. Для быстрого гашения дуги может применяться дугогасительная решетка, представляющая собой набор медных пластин 10, закрепленных между фибровыми щечками 9.. При попадании дуги на такую решетку она начинает го­ реть между отдельными пластинами. Околоэлектродные явления, возникающие при этом, отдача теплоты пластинам и выделение хло­ ра из фибры способствуют быстрому гашению дуги.

Часто рубильник снабжают дугогасительным моментным ножом 11. Пружина 12 обеспечивает мгновенное разведение контактов и соответственно более быстрое гашение дуги. В замкнутом состоянии ток протекает как по моментному, так и по рабочему ножу 5. Для создания надежного касания неподвижный контакт 7 изготовляют из упругой латуни или устанавливают пружинное кольцо 8. Стойки кре­ пят к изоляционной панели болтами 14, которые могут выполнять роль клеммного соединения, если провода присоединяются с задней стороны основания. Рубильник приводится в действие с помощью боковой или центральной рукоятки. Если он устанавливается за ог­ раждением 17 на значительном расстоянии, то применяется дистан­ ционное управление, состоящее из системы рычагов 16.

Рубильники бывают одно-, двухили трехполюсными. Они харак­ теризуются номинальным током, т. е. длительно допустимым током в замкнутом состоянии контактов. Рубильник, не имеющий дугогаси­ тельного устройства, служит только для дублирования размыкания уже обесточенной цепи. Отключать им потребитель нельзя; он играет

18

Рис. 2.1. Рубильники:

а — внешний вид рубильника ВУ-1; б — пинцеты и стойки; <г,—дистанционное управление рубильником; г — рубильник с дугогасяшнм ножом;, д — дугогасительная решетка

лишь роль разъединителя, т. е. делает разрыв цепи видимым, что обеспечивает большую безопасность обслуживания. Рубильники, снабженные дугогасительным устройством, могут разрывать номи­ нальный ток.

Иногда используют рубильники, состоящие из нескольких па­ раллельно соединенных ножей; тогда через них можно пропускать ток до 10 кА. В зависимости от напряжения сети выбирают рубиль­ ник с ббльшим или меньшим межконтактным (изоляционным) рас­ стоянием. Чем больше напряжение, тем оно должно быть больше, поэтому на рубильнике указывается номинальное напряжение. Ру­ бильники применяют в цепях с напряжением до 500 В. Устанавли­ вать их на изоляционной панели необходимо так, чтобы при дви­ жении рукоятки вниз происходило размыкание цепи. Это позволяет быстрее разомкнуть цепь в случае экстренной необходимости, а так­

19

же гарантирует от произвольного замыкания под действием соб­ ственного веса его рукоятки и ножей.

Рубильники характеризуются механической и электрической из­ носостойкостью. Некоторые типы рубильников имеют механический ресурс 5—10 тыс. циклов «включено—отключено», определяемый износом шарнирной стойки, крепежных болтов и т. д. Электрическая износостойкость обычно в два раза меньше механической и ограни­ чена подгоранием и износом контактов.

Кроме рубильников-выключателей бывают рубильники-переклю­ чатели, имеющие два крайних фиксированных положения. В одном из них замыкается одна цепь, а в другом — другая. В среднем поло­ жении обе цепи разомкнуты. Такие переключатели применяют для переключения обмоток статора асинхронного двигателя со звезды на треугольник, для реверсирования электродвигателей и т. д.

Рубильники просты по конструкции, надежны, но имеют относи­ тельно большие габариты.

§ 2.3. Пакетные выключатели и переключатели

Существует более 50 типов различных выключателей и переклю­ чателей. Наиболее часто из них применяются пакетные, кулачковые и крестовые.

Пакетные выключатели и переключатели применяются в качестве вводных выключателей й переключателей цепей управления электроус­ тановок; для распределения электроэнергии и ручного управления асинхронными двигателями. Они состоят из контактной системы и пе­ реключающего механизма. Контактная система (рис. 2.2) содержит изолятор 10, в пазах которого находятся неподвижные контакты 8 с винтами для подключения проводов. Ротор состоит из подвижных контактов в виде латунного мостика 7 и фибровых сегментов 9, спо­ собствующих гашению дуги при размыкании цепи. Набор этих де­ талей образует секцию. Отдельные секции собирают на скобе 5 с помощью стяжных шпилек 4. Валик 2 с изоляционной втулкой про­ ходит сквозь секции и поворачивает все роторы одновременно. При этом мостик набегает на неподвижные контакты и замыкает их между собой. Выключатель можно устанавливать или на лицевой сто­ роне панели, или за ней с помощью скобок б. В последнем случае валик пропускают через отверстие в панели и на его конце устанав­ ливают рукоятку 1. При включении или выключении вращать рукоят­

ку предпочтительнее по ходу часовой стрелки, так как отвер­ стие в рукоятке и конец валика имеют четырехгранную форму и фиксируются винтом. Вращение против часовой стрелки может

20