Šiame aprašyme nagrinėjami elektros mašinų ir pavarų laboratoriniai darbai, kurie skirti įtvirtinti teorines žinias ir suteikti praktinės patirties studentams, studijuojantiems elektros pavarų modulį.
Įvadas į Elektros Pavaras
Norint gerai išmokti elektros pavaras, reikia išstudijuoti teorinės mechanikos, elektros grandinių teorijos, elektros grandinių analizės, taikomosios elektronikos, elektromechanikos ir automatinio valdymo teorijos modulius. Praktiniai darbai padeda įtvirtinti teorines žinias, ypač studijuojant kai kuriuos elektros pavarų klausimus savarankiškai.
Apie 2/3 visos pasaulyje sugeneruotos ir pagamintos elektros energijos yra paverčiama naudinga mechanine energija elektros pavarose. Elektros pavaros plačiai naudojamos buityje, pramonėje ir transporto sistemose. Elektros variklius galima atrasti kompiuteriuose, telefonuose, mikrobangų krosnelėse, automobiliuose, šildymo / vėdinimo sistemose, miesto vandens tiekimo / nuotekų šalinimo sistemose ir t. t.
Elektros pavaros gali atlikti pagrindinį arba pagalbinį darbą, veikti nepertraukiamai arba labai trumpą laiką. Jos gali būti nevaldomos, arba valdomos siekiant užtikrinti specifinius darbo parametrus, tokius kaip sukimosi dažnis, momentas / jėga ar pasukimo kampas. Elektros pavaros gali būti maitinamos žema įtampa (pvz., 1 kV) ar saugia įtampa (pvz., 3-24 V), o maitinimo tipas gali būti nuolatinės arba kintamosios srovės.
Tipinę elektros pavarą sudaro energijos šaltinis, sujungtas su galios keitikliu, kuris suderintą galią tiekia į elektros variklį, prijungtą prie darbinės apkrovos. Esant valdymo poreikiui, yra formuojamas grįžtamasis ryšys jutikliais, kurių informaciją apdoroja valdiklis ir pagal nustatytą algoritmą valdo tiekiamą galią į variklį.
Elektros energija patenka į galios keitiklį, kuriame yra suderinama su variklio tipu, o elektros variklis tą energiją keičia į mechaninę energiją. Valdymo įrenginys gali valdyti į variklį tiekiamą galią, kad būtų pasiekti užduoti valdomo proceso parametrai (greitis, jėga, padėtis, ventiliatoriaus ar kompresoriaus debitas ir t. t.).
Elektros variklio kuriamas mechaninis judesys perduodamas į apkrovą naudojant įvarius perdavimo mechanizmus ar net judesio transformavimo įtaisus. Perdavimo mechanizmai gali perduoti linijinį ar sukamąjį judesį arba transformuoti iš vieno į kitą, tam naudojant sraigto, juostos, troso grandinės, cilindrinių krumplių ar sliekines pavaras. Perdavimo tipas parenkamas pagal konstrukcinį sudėtingumą, naudingo veikimo koeficientą, matmenis, masę, technologiškumą ir kainą.
Dauguma elektros pavarų neturi savistabdos savybės, dėl to pagal technologinius reikalavimus papildomai gali būti komplektuojamos su mechaniniais stabdžiais (pagal poreikį), užtikrinančiais saugumą nutrūkus elektros tiekimui.
Elektros Pavarų Mechanika
Nagrinėjant elektros pavarų judėjimą, viena iš dviejų galimų variklio sukimosi krypčių laikoma teigiama. Pasirinktoji kryptis yra teigiama visiems dydžiams, apibūdinantiems nagrinėjamąjį judėjimą: kampiniam sukimosi greičiui (ω) ir variklio kuriamam sukimosi momentui (M). Jei variklio greičio ir momento kryptys / ženklai sutampa, vadinasi, darbą atlieka variklis, kuris išvysto tą momentą imdamas elektros energiją. Priešingu atveju, kai momento ir sukimosi greičio ženklai skirtingi, variklis, išvystydamas tą momentą, vartoja mechaninę energiją.
Elektros pavaros judėjimą apibūdina du veikiantys momentai: variklio išvystomasis momentas ir pasipriešinimo arba stabdantysis apkrovos momentas. Pasipriešinimo momentas gali būti reaktyvinis ir aktyvinis. Reaktyvinis momentas atsiranda tik dėl judėjimo ir nukreiptas prieš judėjimą (pvz., trintis). Aktyvinis judėjimo momentas nepriklauso nuo pavaros judėjimo, jį sukelia išoriniai mechaninės energijos šaltiniai (pvz., sunkio jėga).
Tipinė elektros pavaros funkcinė schema rodo, kad apkrova prie variklio prijungiama per mechaninę perdavą su redukcijos koeficientu. Perdavos grandinių pavaroje gali būti keletas, tačiau skaičiavimuose ši schema redukuojama į vieno variklio ir vienos apkrovos sistemą.
Elektros pavarose elektros mašinos dažniausia dirba variklio režimu, todėl pasipriešinimo (apkrovos) momentas yra stabdantis variklio rotoriaus judėjimo atžvilgiu ir priešinasi variklio momentui. Todėl laikoma, kad pasipriešinimo momento teigiama kryptis yra priešinga variklio momento teigiamai krypčiai, ir pagrindinė pavaros lygtis užrašoma taip:
M - Mst = Mdin = J(dω/dt),
kur:
- M - variklio sukimo momentas, N·m;
- Mst - apkrovos mechanizmo pasipriešinimo momentas, N·m;
- Mdin - dinaminis momentas, N·m;
- ω - variklio kampinis sukimosi greitis, rad/s;
- J - suminis pavaros inercijos momentas, kg·m2.
Iš dinaminio momento išraiškos išplaukia, jog jo kryptis visuomet sutampa su elektros pavaros pagreičio kryptimi. Galimi trys elektros pavaros darbo režimai, priklausantys nuo dinaminio momento ženklo:
- Mdin > 0, t. y. dω/dt > 0: pavara įsibėgėja, kai ω > 0; vyksta stabdymas, kai ω < 0.
- Mdin < 0, t. y. dω/dt < 0: vyksta stabdymas, kai ω > 0; pavara įsibėgėja, kai ω < 0.
- Mdin = 0, t. y. dω/dt = 0: tai nusistovėjęs režimas, kai ω = const.
Būtina pažymėti, kad ši lygtis teisinga tik tada, kai besisukančios masės inercijos spindulys yra pastovus. Pavaros įsibėgėjimo ir stabdymo trukmės randamos iš pagrindinės pavaros lygties, išsprendžiant ją dt nario atžvilgiu:
dt = (J · dω) / (M − Mst)
Laikas, reikalingas pavarai įsibėgėti nuo greičio ω1 iki ω2 (ω2 > ω1), randamas integruojant šią lygtį:
tpapr:1,2 = ∫ω1ω2 (J · dω) / (M − Mst)
Nuolatinės Srovės Elektros Pavarų Laboratoriniai Tyrimai
Elektros mašinos ir pavaros laboratoriniai darbai apima įvairių režimų nuolatinės srovės (DC) variklių tyrimus.
DC Variklio Paleidimas, Stabdymas ir Įtampos Reversavimas
Laboratorinių darbų metu tiriamas DC variklio paleidimas/stabdymas (Ui nuo 0 iki UN), kai MA yra lygi trinties momentui. Taip pat atliekamas DC variklio įtampos reversavimas. Vieno iš tyrimų metu DC variklis dirba tuščioje eigoje su UN (nominalia įtampa) ir yra apkraunamas keturiais skirtingais MA momentais.
Inkaro Srovės ir Greičio Analizė
Norint surasti nusistovėjusias inkaro srovės reikšmes, reikia ieškoti 1000-ios bei 2000-ios reikšmės. Pavyzdžiui, 0.2s atitinka 2000-ąją reikšmę. Šios nusistovėjusios reikšmės yra apie 50µA, todėl galima priimti, kad inkaro srovė lygi nuliui.
Nustatyta maksimali inkaro srovė po inkaro įtampos įjungimo yra 14.03A ir atsiranda po 3.5ms nuo inkaro įtampos įjungimo. Minimali inkaro srovė po inkaro įtampos išjungimo ir inkaro grandinės užtrumpinimo yra -14.03A ir atsiranda po 3.5ms nuo įtampos išjungimo.
Nusistovėjusi inkaro srovė ties 0,1s abiem atvejais buvo 0.58A, tačiau ties 0.2s dėl trinties pasikeitė ir tapo 0A. Nusistovėjęs inkaro sukimosi greitis ties 0.1s abiem atvejais išliko vienodas - 336.524 rad/s. Tačiau ties 0.2s pakito ir inkaro srovės vertės tame pačiame laiko momente - pradėjo veikti vidinė trintis. Pirmu atveju buvo gauta -11.78 rad/s vertė, o antru atveju vertė pakito ir tapo praktiškai 0 rad/s dydžio. Maksimalus inkaro sukimosi greitis yra 348.321 rad/s, o minimalus 0 rad/s.
Trinties ir Laiko Pastoviosios Įtaka
Tuščios eigos inkaro sukimosi greitis (pasinis) yra 272 rad/s. Tačiau gauta, kad inkaras sukasi 348.321 rad/s - daugiau nei turėtų. Tai aiškinama aktyviosios trinties atsiradimu. Taip pat gautas minusinis greitis - įtampą atjungus, variklis pradėjo suktis (nedaug), bet į kitą pusę. Šis reiškinys atsiranda dėl pasyviosios trinties.
Šio variklio laiko pastovioji randama taip: T*3=0.0397s. Tada T=0.0132s arba T=13.2ms. Pasinė mechaninė laiko pastovioji yra TM= 10.8ms (skiriasi 2.4ms). Tam, kad rastumėte inkaro nusistovėjimo laiką, reikėjo rasti 95% nusistovėjusios reikšmės bei rastą vertę išreikšti laiku, gautą laiką pagal formulę padalyti iš 3.
Metodinės Priemonės Struktūra ir Autoriai
Metodinė priemonė „Elektros pavaros. Laboratoriniai darbai“ pagrindinį dėmesį skiria elektros pavarų mechanikai, energetikai ir nuolatinės bei kintamosios srovės elektros pavarų teorijai, elektros schemoms, greičio ir mechaninių charakteristikų sudarymui. Knygoje pateikiami penki teoriniai skyriai, o prieduose - šešių laboratorinių darbų atlikimo eiga teorijos teiginiams patvirtinti praktiškai. Leidinys naudingas studentams, studijuojantiems elektros pavarų modulį bei ruošiantiems baigiamuosius darbus, susijusius su elektros pavaromis, taip pat visiems tiems, kuriems reikia žinių apie elektros pavaras ir jų taikymą.
Turinys
- Pratarmė
- Įvadas
- Elektros pavaros mechanika
- Elektros pavaros variklio ir generatoriaus režimų sritys (4 kvadrantai)
- Pavaros inercijos momentas
- Nuolatinės srovės (NS) elektros pavaros
- Įvairių žadinimo būdų nuolatinės srovės variklių principinės elektros schemos
- Elektromechaninių (greičio) ir mechaninių charakteristikų ypatumai variklio režime
- Parametrų įtaka mechaninėms variklių charakteristikoms
- Nuolatinės srovės elektros pavaros darbo režimai
- Reversinė valdomo lygintuvo - nuolatinės srovės variklio (VL-V) pavara
- Pavaros mechaninių charakteristikų vieta keturių kvadrantų sistemoje
- Lygintuvinės pavaros darbas invertavimo režimu
- Keturių kvadrantų lygintuvinės pavaros
- Kintamosios srovės (KS) asinchroninė pavara
- Dažninė elektros pavara
- Literatūra
- Priedai
- 1 priedas. Pavaros inercijos momento nustatymas
- 2 priedas. Nuolatinės srovės (NS) elektros pavaros tyrimo darbas
- 3 priedas. Keturių kvadrantų lygintuvinės pavaros tyrimas
- 4 priedas. Kintamosios srovės (KS) asinchroninė pavara
- 5 priedas. Dažninė elektros pavara
- 6 priedas. Pramoninis (Siemens Micromaster 420) dažnio keitiklis
Metodinės Priemonės Autoriai
Metodinę priemonę „Elektros pavaros. Laboratoriniai darbai“ parengė autoriai: Petras Černys (KTU), Arūnas Lipnickas (KTU), Gintautas Narvydas (KTU), Gytis Petrauskas (KTU), Kęstas Rimkus (KTU).
tags: #elektros #pavaru #laboratoriniai #darbai