Методичні вказівки до вивчення тем курсу

Курс “Теорія електропривода” є основною теоретичною дисципліною на завершуючому етапі підготовки студентів за спеціальністю “Електромеханічні системи автоматизації і електропривод”.

Вивчення даного курсу базується на глибокому знанні студентами теоретичної механіки, теоретичних основ електротехніки, електричних машин і апаратів, промислової електроніки й обчислювальної техніки, а також сприяє подальшому поглибленню знань в галузі автоматизованого електропривода через дисципліни: автоматичне керування електроприводами, спеціальні електроприводи і автоматизація технологічних комплексів. Без знань теорії електропривода неможливі успішне виконання і захист дипломного проекту.

У відповідності з робочою програмою курс “Теорія електропривода” розподілений на сім тем. В даних методвказівках дається короткий зміст (програма) кожної теми, необхідні пояснення щодо її вивчення, в яких викладаються найбільш важливі положення теми і даються вказівки, на які розділи слід звертати особливу увагу. По кожній темі приведені посилання на рекомендовану літературу і питання для самостійної перевірки знань.

Послідовність викладання тем визначена умовами логічного розвитку принципових положень даної дисципліни. При такому методі побудови курсу кожна наступна тема безпосередньо випливає з попередньої, стає її логічним продовженням, що поглибшує познання даної теоретичної дисципліни. Це накладає певні умови і на порядок вивчення курсу, який декілька відрізняється від послідовності і порядку його викладання в рекомендованих навчальних посібниках. Тому при вивченні курсу рекомендується суворо дотримуватись указаних після кожної теми розділів і параграфів навчальної літератури.

У зв’язку з великою різноманітністю та достатньою складністю питань, що вивчаються у кожній темі, розглядання наступної теми рекомендується починати тільки після ретельної проробки попередньої; при цьому гарантією глибокого і всебічного засвоєння матеріалу можуть служити правильні відповіді на поставлені в кожній темі питання для самоперевірки. Питання охоплюють весь матеріал тем. Вони складені в основному з екзаменаційних білетів по даному курсу.

У процесі вивчення курсу належить виконати контрольну роботу і курсовий проект. Завдання на контрольну роботу і методичні вказівки до її виконання містяться наприкінці цих методвказівок. Завдання і методичні вказівки до виконання курсового проекту викладені в окремому виданні. Контрольна робота і курсовий проект повинні виконуватись в зазначені терміни і відправлятися на перевірку (рецензію) до викладача заздалегідь або відповідно до навчального графіка, але не пізніше, ніж за два тижні до початку сесії. У протилежному випадку складати іспит забороняється.

При написанні цих методвказівок була використана робоча програма курсу “Теорія електропривода” для студентів спеціальності «Електромеханічні системи автоматизації і електропривод» (6.0922.03), яка укладена доц. канд. техн. наук Чепаком А.О. і затверджена методичною радою електротехнічного факультету ДонНТУ 2004 р.

Вступ

2.1.1 Методичні вказівки до вивчення теми Розпочинаючи вивчення курсу “Теорія електропривода”, необхідно ознайомитися з історією розвитку даної дисципліни і визначити в ній місце і значення праць вітчизняних вчених.

Слід запам’ятати, що уперше електричний привод був здійснений в Росії в 1834 році академіком Б.С. Якобі (1801-1874 р.р.), який утворив електричний привод постійного струму за принципом обертального руху, придатний для практичного використання.

Другим значним досягненням, яке послужило товчком до розвитку теорії електропривода, був винахід трифазного індукційного двигуна. Його творцем був також російський інженер і вчений М.О. Доліво-Добровольський (1862-1919 р.р.). Асинхронний двигун, особливо з короткозамкненим виконанням ротора, через свою простоту, надійність в роботі і економічність не знає собі рівних, у зв’язку з чим, починаючи з 90-х років минулого століття, отримав найбільше розповсюдження в усіх галузях промисловості.

Можна назвати прізвища російських електротехніків (Д.А. Лачинов, А.І. Давидов, П.Д. Войнаровський, В.В. Дмитрієв та ін.), які створили найцінніші винаходи і роботи в області теорії і практики електричного привода механізмів і забезпечили своїми працями розвиток світової електротехніки.

Ще у 1880 році в журналі “Электричество” Д.А. Лачинов опублікував статтю “Электромеханическая работа”, в якій уперше сформулював важливіші питання теорії електропривода. Ця робота заклала наукові основи теорії електропривода.

У 1925 р. виходить у світ книга проф. С.А. Ринкевича “Электрическое распределение механической энергии”, яка з’явилася першою систематичною працею з основних питань теорії і практики електропривода.

Далі наука про електропривод розвивалася працями радянських вчених В.К. Попова, С.А. Пресса, А.Т. Голована, Д.П. Морозова, М.Г. Чилікіна, В.І. Ключева, М.Г. Попова та ін.

При вивченні даної теми необхідно також ознайомитися зі структурою і класифікацією автоматизованих електроприводів, з досягненнями вітчизняної і закордонної науки в області електропривода і автоматизації виробничих процесів, з науково-технічними проблемами сучасного автоматизованого електропривода.

2.1.2 Література: /1/ - Розд. 1 (п.п. 1.1…1.6); /2/ - Ввдение (п.п. В.1…В.4); /3/ - Введение (п.п. В.1…В.4); /4/ - Введение, гл.1 (п.п. 1.1…1.4).

2.1.3 Питання для самоперевірки

1. Дайте визначення поняття “автоматизований електропривод”.

2. Накресліть структурну схему сучасного автоматизованого електропривода і укажіть призначення кожного його елемента.

3. Назвіть прізвища вчених, які були засновниками теорії електропривода.

4. Перевага і недоліки групового і індивідуального електроприводів.

5. Основні напрямки і проблеми розвитку світового і вітчизняного автоматизованого електропривода.

6. Роль електропривода у створенні нових типів виробничих машин, механізації і автоматизації виробництва.

Механіка електропривода

2.2.1 Методичні вказівки до вивчення теми При вивченні даної теми курсу насамперед треба повторити основні положення теоретичної механіки, окремо розділ динаміки. Це допоможе краще уяснити рівняння руху електропривода, яке є основою аналізу і розрахунку всіх динамічних процесів, що виникають в електроприводах.

Рівняння руху електропривода безпосередньо випливає з другого закону Ньютона. Вивчаючи це рівняння, необхідно звернути увагу, що знак моменту двигуна залежить від способу його включення і режиму роботи. Різний напрямок по відношенню до напрямку руху може мати також момент виконавчого механізму. Тому, щоб чіткіше усвідомити взаємозв’язок між знаками моменту двигуна і моменту сил опору, доцільно продумати і записати рівняння руху для різних режимів роботи двигуна з типом моментів виконавчих механізмів, які найбільш часто зустрічаються на практиці.

Слід запам’ятати, що при поступальному руху елементів виконавчого механізму або елементів електропривода замість рівняння моментів розглядається рівняння сил, діючих на систему.

При аналізі основного рівняння руху слід пам’ятати, що усі елементи привода розглядаються у ньому як ідеально тверді з лінійними кінематичними зв’язками тіла, а тому явища і процеси, в яких виконують свою роль пружні деформації елементів і залежний від шляху руху радіус приведення пристрою, не можуть бути описані і досліджені з допомогою цього рівняння. Рівняння руху приведених мас пружно-зв’язаних електромеханічних систем можна отримати з допомогою рівняння Лагранжа. Таким же чином виводиться рівняння руху електромеханічної системи з нелінійним кінематичним зв’язком.

Розглядаючи питання приведення моментів зовнішніх сил до однієї осі, а також моментів інерції рухомих мас, слід урахувати, що приведення завжди виконується таким чином, щоб збереглися кінетичні і динамічні властивості вихідної системи. Так, при приведенні моментів зовнішніх сил до однієї осі використовується рівність потужностей на валах двигуна і виконавчого механізму, при приведенні моментів інерції і мас рухомих елементів – рівність запасів кінетичної енергії приведеного і дійсного елементів, а при приведенні жорсткості пружного елемента – рівність запасів потенціальної енергії приведеного і дійсного елементів.

Значну увагу необхідно приділити питанням урахування втрат в механічних передачах. Ці втрати ураховуються як додатковий момент опору, приведений до вала двигуна. При з’ясуванні впливу втрат механічної енергії в передачах не слід забувати, що втрати не можуть бути правильно ураховані без знання напрямку передачі енергії, тобто – режиму роботи двигуна. Для того, щоб краще закріпити в пам’яті основні положення динаміки електропривода, рекомендується вирішити декілька конкретних прикладів з використанням основного диференційного рівняння руху для випадків пуску і гальмування електропривода. Вирішуючи ці приклади, легко переконатись, що тривалість пуску і гальмування пропорційна приведеному моменту інерції системи.

При аналізі динамічних властивостей механічної частини електропривода з пружними зв’язками слід користуватися передатними функціями, які виводяться на підставі структурних схем пружної механічної системи шляхом структурних перетворювань або за формулою Мезона, знайомими з теорії автоматичного керування. Для кращого засвоєння методів аналізу слід самостійно вивести для двомасової системи передатні функції за керуючим впливом моменту двигуна при вихідних координатах – швидкості обертання першої і другої мас, побудувати фазові і логарифмічні амплітудно-частотні характеристики. Крім того, необхідно навчитися виводити рівняння перехідних процесів пружної системи на підставі передатних функцій, правильно виконувати графічні зображення і оцінювати перехідні режими.

2.2.2 Література: /1/ - Розділ 3 (п.п. 3.1…3.6); /2/ - гл. 1 (п.п. 1.1…1.7); /3/ - гл. 1 (п.п. 1.1…1.7); /4/ - гл. 2 (п.п. 2.1…2.6).

2.2.3 Питання для самоперевірки

1. Напишіть основне рівняння руху електропривода і укажіть розмірності величин, що увіходять до нього.

2. Якими умовами характеризуються усталені і перехідні режими електропривода?

3. На підставі яких законів виконується приведення до кутової швидкості двигуна статичних моментів і зусиль, а також мас і пружностей привода, що поступально рухаються або обертаються?

4. Як ураховуються втрати в передачах при приведенні статичних моментів і сил до вала двигуна?

5. Напишіть загальний вираз для визначення тривалості будь-якого процесу змінення швидкості електропривода і вираз для шляху, що проходить вал двигуна протягом цього процесу.

6. Знайдіть час розгону електропривода при лінійному законі змінення динамічного моменту від швидкості.

7. Виведіть залежність кута оберту вала електропривода при лінійному зміненні динамічного моменту від швидкості.

8. Визначте час пуску і гальмування електропривода при постійному моменті інерції і заданих законах змінення рухового моменту і моменту опору.

9. Напишіть формулу резонансної частоти недемпфованої двомасової пружної механічної системи і проаналізуйте залежності частоти від моментів інерції мас і жорсткості пружного зв’язку.

10. Накресліть логарифмічні амплітудно-частотні характеристики першої і другої мас недемпфованої пружної механічної системи при керуючому впливі моменту двигуна. Поясніть, чому на визначеній частоті амплітуда коливань першої маси може дорівнювати нулю.

11. Поясніть властивості активних та реактивних моментів та сил опору. Накресліть їх графічні залежності від швидкості.

12. Що таке сила внутрішнього в’язкого тертя і як вона впливає на коливальні процеси в механічній системі?

13. Виведіть за допомогою рівняння Лагранжа рівняння руху другої маси двомасової пружної системи.

14. Яким чином можна знизити динамічні навантаження електропривода при наявності кінематичних зазорів?