МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Ю.Н. Дементьев, А.Ю. Чернышев, И.А. Чернышев ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД Допущено УМО по образованию в области энергетики и электротехники в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 140604 «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов» направления подготовки 140600 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» 2-е издание Издательство Томского политехнического университета 2013 УДК 62-83(075.8) ББК 31.291я73 Д30 Дементьев Ю.Н. <...> Представлена методика и примеры расчета параметров двигателей, статических и динамических характеристик электроприводов. <...> Предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 140604 «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов» направления подготовки 140600 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии», и может быть рекомендовано студентам, обучающимся по специальности 140211 «Электроснабжение» направления подготовки 140200 «Электроэнергетика». <...> В настоящее время основная масса эксплуатируемых в производстве регулируемых электроприводов выполнена на электрических двигателях постоянного тока. <...> На смену регулируемому электроприводу постоянного тока пришел регулируемый электропривод переменного тока, прежде всего на базе асинхронных короткозамкнутых двигателей. <...> Автоматизирована сборка сердечников статора, механизирована сборка и заливка ротора [13]. <...> Функциональная схема автоматизированного электропривода представлена на рис. <...> 1.1. приняты следующие обозначения: ПрУ – преобразовательное устройство; СПУ – силовое преобразовательное устройство; ИСУ – информационная система управления <...>
Электрический_привод.pdf
УДК 62-83(075.8)
ББК 31.291я73
Д30
Дементьев Ю.Н.
Д30
Электрический привод: учебное пособие / Ю.Н. Дементьев,
А.Ю. Чернышев, И.А. Чернышев; Томский политехнический университет.
– 2-е изд. – Томск: Изд-во Томского политехнического
университета, 2013. – 224 с.
ISBN 978-5-4387-0194-1
В пособии изложены основы теории электропривода. Рассмотрены
принципы действия разомкнутых и замкнутых систем электроприводов постоянного
и переменного тока. Представлена методика и примеры расчета
параметров двигателей, статических и динамических характеристик электроприводов.
Предназначено
для студентов высших учебных заведений, обучающихся
по специальности 140604 «Электропривод и автоматика промышленных
установок и технологических комплексов» направления подготовки 140600
«Электротехника, электромеханика и электротехнологии», и может быть рекомендовано
студентам, обучающимся по специальности 140211 «Электроснабжение»
направления подготовки 140200 «Электроэнергетика».
УДК 62-83(075.8)
ББК 31.291я73
Рецензенты
Доктор технических наук,
профессор Томского университета систем управления
и радиоэлектроники
В.А. Бейнарович
Кандидат технических наук, доцент Северского
технологического института Национального
исследовательского ядерного университета «МИФИ»
В.Б. Терёхин
ISBN 978-5-4387-0194-1
© ГОУ ВПО НИ ТПУ, 2010
© Дементьев Ю.Н., Чернышев А.Ю.,
Чернышев И.А., 2010
© Оформление. Издательство Томского
политехнического университета, 2013
Стр.2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение......................................................................................................................... 3
1. Основные понятия и определения........................................................................... 4
1.1. Общие положения................................................................................................ 4
1.2. Современный автоматизированный электропривод
и тенденции его развития................................................................................... 7
Контрольные вопросы и задания ............................................................................. 8
2. Механика электропривода......................................................................................... 9
2.1. Уравнение механического движения............................................................... 9
2.2. Механические характеристики электродвигателей.................................... 11
2.3. Механические характеристики производственных механизмов ........... 13
2.4. Статическая устойчивость механического движения................................ 17
2.5. Приведение моментов к одной оси вращения............................................. 18
2.6. Приведение моментов инерции к одной оси вращения ............................ 20
Контрольные вопросы и задания ........................................................................... 21
3. Электропривод с двигателями постоянного тока................................................ 22
3.1. Схема включения и статические характеристики двигателя
постоянного тока независимого возбуждения............................................ 22
3.2. Статическая и динамическая характеристики двигателя постоянного
тока независимого возбуждения .................................................................... 27
3.3. Определение параметров двигателя постоянного тока независимого
возбуждения по каталожным данным........................................................... 28
3.4. Регулирование скорости двигателя постоянного тока независимого
возбуждения. Общие положения ................................................................... 33
3.5. Регулирование скорости двигателя постоянного тока независимого
возбуждения с помощью резисторов в цепи обмотки якоря.................. 34
3.6. Регулирование скорости двигателя постоянного тока независимого
возбуждения изменением напряжения обмотки якоря............................. 36
3.7. Регулирование скорости двигателя постоянного тока независимого
возбуждения изменением потока возбуждения.......................................... 38
3.8. Схема включения и статические характеристики двигателя
постоянного тока последовательного возбуждения .................................. 41
3.9. Регулирование скорости двигателя постоянного тока
последовательного возбуждения с помощью резисторов в цепи
обмотки якоря..................................................................................................... 45
3.10. Регулирование скорости двигателя постоянного тока
последовательного возбуждения изменением напряжения................... 47
3.11. Изменение направления вращения двигателя постоянного тока
последовательного возбуждения ................................................................. 49
3.12. Переходные процессы в электроприводах с двигателями
постоянного тока ............................................................................................. 50
3.13. Принципы автоматизации управления в релейно-контакторных
электроприводах с двигателями постоянного тока ................................. 60
221
Стр.221
3.13.1. Управление пуском двигателя постоянного тока
по принципу скорости ............................................................................. 61
3.13.2. Управление пуском двигателя постоянного тока
по принципу времени............................................................................... 62
3.13.3. Управление пуском двигателя постоянного тока
по принципу тока...................................................................................... 64
Контрольные вопросы и задания ........................................................................... 66
4. Системы «преобразователь-двигатель постоянного тока».............................. 68
4.1. Общие положения.............................................................................................. 68
4.2. Система «генератор-двигатель»...................................................................... 68
4.3. Электроприводы с полупроводниковыми преобразователями ............... 70
4.3.1. Система «тиристорный преобразователь-двигатель» ........................ 72
4.3.2. Электроприводы постоянного тока с транзисторными
преобразователями..................................................................................... 78
Контрольные вопросы и задания ........................................................................... 81
5. Электропривод с двигателями переменного тока ............................................... 82
5.1. Асинхронный двигатель................................................................................... 82
5.1.1. Схема включения, электромеханические и механические
характеристики асинхронных двигателей ............................................ 82
5.1.2. Определение параметров схемы замещения асинхронного
двигателя по справочным данным.......................................................... 88
5.1.3. Определение параметров схемы замещения асинхронного
двигателя по каталожным данным......................................................... 91
5.1.4. Динамическая механическая характеристика
асинхронного двигателя.......................................................................... 100
5.1.5. Регулирование скорости асинхронного двигателя изменением
добавочного активного сопротивления в цепи обмотки ротора .. 104
5.1.6. Асинхронный электропривод с фазовым регулированием
угловой скорости...................................................................................... 106
5.1.7. Тиристорные пусковые устройства в электроприводах
с асинхронными двигателями................................................................ 115
5.1.8. Системы частотного регулирования угловой скорости
короткозамкнутого асинхронного двигателя ...................................... 118
5.1.9. Преобразователи частоты с непосредственной связью....................... 119
5.1.10. Автономные инверторы тока ............................................................... 121
5.1.11. Автономные инверторы напряжения................................................. 124
5.1.12. Асинхронный электропривод с частотным регулированием
угловой скорости .................................................................................... 127
5.2. Синхронный двигатель ................................................................................... 136
5.2.1. Схема включения, особенности конструкции синхронных
двигателей .................................................................................................. 137
5.2.2. Электромеханические свойства неявнополюсных синхронных
двигателей .................................................................................................. 139
222
Стр.222
5.2.3. Электромеханические свойства явнополюсных
синхронных двигателей .......................................................................... 142
5.2.4. Пуск и синхронизация синхронных двигателей................................ 146
5.2.5. Регулирование скорости синхронных двигателей ............................ 150
Контрольные вопросы и задания ......................................................................... 154
6. Замкнутые системы электроприводов................................................................ 155
6.1. Электроприводы постоянного тока.............................................................. 155
6.1.1. Система «преобразователь-двигатель постоянного тока
с токовой отсечкой».................................................................................. 156
6.1.2. Электромеханические характеристики системы
«преобразователь-двигатель с токовой отсечкой» ............................ 158
6.1.3. Система «преобразователь-двигатель с отрицательными обратными
связями по скорости и току с отсечками»............................................ 170
6.1.4. Электропривод постоянного тока с подчиненным
регулированием......................................................................................... 174
6.2. Электроприводы переменного тока с асинхронными двигателями......... 182
6.2.1. Асинхронные электроприводы с регулированием напряжения
обмоток статора ........................................................................................ 182
6.2.2. Структурная схема асинхронного
электродвигателя, управляемого по цепи обмоток
статора изменением напряжения......................................................... 184
6.2.3. Структурная схема асинхронного электропривода
с регулированием напряжения статора ............................................... 188
6.2.4. Система «преобразователь частоты – асинхронный двигатель
с положительной обратной связью по току» ..................................... 196
6.2.5. Частотное управление асинхронным электроприводом
со скалярной IR-компенсацией.............................................................. 198
6.2.6. Частотное управление асинхронным электроприводом
с векторной IR-компенсацией................................................................ 202
6.2.7. Частотное управление асинхронным электроприводом
с компенсацией момента и скольжения .............................................. 208
6.2.8. Система векторного управления асинхронным
электроприводом без датчика скорости.............................................. 210
6.2.9. Система векторного управления асинхронным
электроприводом с датчиком скорости............................................... 215
Контрольные вопросы и задания ......................................................................... 217
Список используемой литературы....................................................................... 219
223
Стр.223