Системы автоматического управления электроприводами

Министерство образования Республики Беларусь

Филиал БНТУ

«Минский государственный политехнический колледж»

Программа, методические указания и задания для домашней контрольной работы учащимся заочной формы обучения по специальностям 2-36 03 31 «Монтаж и эксплуатация электрооборудования» и 2-37 01 05 «Городской электрический транспорт»

Разработчик                                                           Симоненкова О.Л.

Рецензент                                                               Метлицкая О.А

Программа, методические указания и задания для домашней контрольной работы рассмотрены и рекомендованы для внедрения в учебный процесс на:

-заседании цикловой комиссии

Председатель комиссии         А.Л. Седюкова

Протокол № _____ от ______2016

-заседании экспертного методического совета

Протокол № _____ от ______2016

Содержание                                                                                                                                              

Введение                                                                                                          3

1. Тематический план                                                                                         4

2. Содержание дисциплины и методические рекомендации по ее изучению 5

3. Задание для домашней контрольной работы                                             22

Литература                                                                           

Введение

    Система автоматического управления электроприводами (САУЭП) состоит из автоматического управляющего устройства и преобразователя, которые взаимодействуют на объект управления.

    В процессе управления координаты электропривода (скорость, ускорение, угол поворота, ток, момент) могут регулироваться по определенному закону, либо стабилизироваться.

Основная задача САУЭП – обеспечить равенство задающего воздействия и выходной величины.

Эти функции обычно не равны, т.к. в системе существуют возмущающие воздействия. К ним относятся нестабильность напряжения, характеристик элементов системы, изменение нагрузки и др. При формировании функций необходимо найти оптимальный вариант.

Основные функции САУЭП сводятся к управлению процессами пуска, торможения и реверса электродвигателя, стабилизации координат электродвигателя, выполнению слежения за изменяющимися параметрами, программному и адаптивному управлению, защите электрических цепей, обеспечению заданной последовательности операций с отдельными элементами и узлами.

САУЭП – это система, получающая и перерабатывающая информацию. Она может строится по разомкнутому, замкнутому и комбинированному циклу.

В разомкнутых системах имеется только один канал информации – задающий. Выходная величина не воздействует на входную. Точность обработки заданного режима не велика. В разомкнутых системах возможно только последовательное выполнение работы элементов схемы: пуск, торможение и т.д.

В замкнутых системах используется 2 канала информации: задающий и канал обратной связи. Это позволяет увеличить точность обработки.

В комбинированных системах объединяются замкнутые и разомкнутые системы.

1 Тематический план

Раздел, тема

Количество часов

Всего по учебному плану для дневной формы

Всего по учебному плану для заочной формы

В том числе

На лабораторные работы

На самостоятельную работу учащихся

Введение

Раздел 1 Разомкнутые системы автоматического управления электроприводами

1.1Общие вопросы управления электроприводами

1.2 Принципы автоматического управления пуском и торможением двигателей

1.3 Схемы разомкнутых систем управления электроприводами

1.4 Составление и анализ релейно-контактных и бесконтактных схем

Раздел 2 Замкнутые системы автоматического управления электроприводами

2.1 Принципы построения замкнутых систем управления электроприводами

2.2 Элементы и устройства замкнутых систем управления электроприводами

2.3 Системы импульсно-фазового управления

2.4 Системы автоматического управления двигателя постоянного тока

2.5 Системы автоматического управления электроприводами с асинхронными двигателями

2.6 Дискретные электроприводы с шаговыми двигателями

2.7 Электроприводы с вентильными двигателями

2.8 Следящий электропривод

Раздел 3. Комплексные системы управления электроприводами

3.1 Системы с программным управлением

3.2 Микропроцессорные средства управления электроприводами

3.3 Адаптивные системы автоматического управления электроприводами

Раздел 4 Надежность системы автоматического управления

Итого

Раздел 1 Разомкнутые системы автоматизированного управления электроприводами

Тема 1.1. Функции разомкнутых систем управления электроприводами

Принципы управления; управление в функции времени, скорости, тока и других переменных.

Литература
[1] стр.5; 18

Методические указания.

К разомкнутым относятся схемы, в которых для управления ЭП не используются обратные связи по его координатам или технологическим параметрам приводимых в движение рабочей машины или производственного механизма. Эти схемы, отличаясь простотой своей реализации, широко используются там, где не требуется высокое качество управления движением ЭП, в частности, для пуска, реверса и торможения двигателей.

Системы, осуществляя управление ЭП, обеспечивают и защиту ЭП, питающей сети и технологического оборудования при возникновении различных ненормальных режимов - коротких замыканий, перегрузке двигателей, исчезновении питающего напряжения или обрыве фазы питающей сети и т.д. Для этого они содержат соответствующие аппараты и устройства, находящиеся во взаимодействии с устройствами управления двигателями. В разомкнутых схемах управления, главным образом, используется релейно-контакторная аппаратура, в состав которой входят командные маломощные аппараты с ручным и дистанционным управлением, реле управления и защиты.

Вопросы для самоконтроля

1 Какие функции выполняют разомкнутые схемы управления ЭП?

2 По каким принципам строятся разомкнутые схемы  управления пуском, реверсом и торможением двигателей?

3 Перечислите и охарактеризуйте аппараты ручного управления.

4 Перечислите и охарактеризуйте аппараты дистанционного управления.

5 Перечислите и охарактеризуйте датчики координат ЭП.

6 Какие виды защит используются в схемах управления ЭП?

7 С помощью каких аппаратов реализуются различные защиты в ЭП?

8 Назовите типичные блокировки, применяемые в схемах управления ЭП.

9 Какие типовые операции по преобразованию электрических сигналов выполняют бесконтактные логические элементы?

10 Проверьте своё понимание работы типовых релейно-контакторных схем управления двигателями постоянного тока, составив простейшие схемы.

11 Проверьте своё понимание работы релейно-контакторных схем управления при наличии в них неисправностей (например, обрыв цепей катушек, контакторов и реле, приваривание их контактов, перегорание предохранителей и т.д.).

Тема 1.2 Схемы разомкнутых систем управления электроприводами.

Изображение и обозначение элементов схем автоматического управления. Принципиальная схема. Схема соединения (монтажная). Система обозначений цепей в электрических схемах. Выбор релейно-контакторной аппаратуры. Типовые узлы схем автоматического управления пуском и торможением двигателей постоянного тока. Типовые узлы схем автоматического управления пуском и торможением асинхронных двигателей. Нереверсивное и реверсивное управление асинхронными двигателями. Схемы управления многокаскадными двигателями. Типовые узлы схем автоматического управления синхронными двигателями. Узлы схем включения возбуждения синхронных двигателей. Зашита в схемах управления электроприводами. Блокировочные связи и сигнализация в схемах управления электроприводами.

Литература

 [2] гл.10 стр. 282-301

Методические указания

Изучение темы следует начать с принципов построения схем управления и знакомства с условными графическими и буквенными обозначениями элементов аппаратов управления по соответствующим действующим ГОСТам.

Изучение схем надо начинать с изучения простейших схем управления двигателями постоянного и переменного тока. Когда будет понят порядок пуска и останова двигателя, уяснена работа отдельных элементов аппарата, уяснено обеспечение различных видов защиты и блокировки, следует разобрать принципы автоматизации процесса пуска, торможения, реверса электродвигателей. Необходимо рассмотреть работу схем управления в функции скорости, тока, времени двигателями постоянного и переменного тока, выяснить достоинства и недостатки того или иного принципа управления. При выборе схем следует уделять внимание работе различных защит (от КЗ, перегрузки, нулевая и т. д.). При изучении работы схем следует иметь ввиду, что несмотря на разнообразие схем управления, большинство их построено на основе типовых узлов, разработанных конструкторскими организациями и, следовательно, разные схемы могут иметь аналогичные узлы. Такой принцип построения схем облегчает, ускоряет и удешевляет их разработку. Существенным моментом работы электрических схем управления является электрическое торможение. При изучении схем нужно выяснить, какой способ торможения используется, как обеспечивается торможение, как отключается двигатель в конце торможения противовключением и пр.

Целесообразно любую схему изучать поэтапно:

а) функции, выполняемые схемой управления;

б) процесс пуска и ускорения;

в) регулирование скорости;

г) торможение;
д)  реверс;

е)  достоинства и недостатки.

Вопросы для самоконтроля:

2 В чём заключаются принципы управления в функции скорости, тока, времени, пути?

3 Каковы достоинства и недостатки каждого принципа управления?

4 Как обеспечивается блокировка в реверсивных схемах от одновременного включения на «левое» и «правое» вращения?

5 Как обеспечивается отключение двигателя от сети по окончании торможения противовключением?

6 Как обеспечивается отключение источника постоянного тока после динамического торможения асинхронного двигателя?

7 Как обеспечивается защита от понижения напряжения в сети при контроллерном и кнопочном управлении?

8 Какими аппаратами осуществляется защита двигателя от перегрузки?

9 Каково назначение максимальных токов реле в схемах управления?

10 Как защищаются двигатели постоянного тока при потере возбуждения?

11 В функциях каких величин производится подача возбуждения синхронному двигателю?

Темп 1.3 Логические приёмы составления и анализа релейно-контакторных и бесконтактных схем

Синтез САУ на контактных и бесконтактных элементах. Синтез релейно-контакторных схем класса П и класса Н. Скобочная форма, применение разделительных вентилей, Синтез схем управления на бесконтактных логических элементах, особенности построения схем управления на бесконтактных логических элементах. Проектирование бесконтактных схем управления на основе релейно-контакторных схем. Методика составления структурных схем и формул по релейно-контакторной схеме.

Литература

 [2] стр.253; [3] гл.11.

Методические указания.

В схемах ЭП находят применение элементы управления, получившие название бесконтактных логических элементов. Они используются при реализации различных функциональных законов управления и осуществления блокировок и защит в ЭП, Они долговечны из-за отсутствия Движущихся механических частей, имеют высокое быстродействие, небольшую массу, габариты и энергопотребление и характеризуются малой чувствительностью к вредным влияниям окружающей среды. Наибольший эффект их использования появляется при создании схем управления средней сложности с повышенной надёжностью, когда число контролируемых и преобразуемых сигналов составляет несколько десятков.

Логический элемент выполняет те же функциональные операции, что и электромагнитное контактное реле. Он имеет два устойчивых состояния -«включено» и «выключено», которые обозначаются соответственно цифрами 1 и 0.   Для электромагнитного реле цифра 1 обозначает, что его контакт замкнут, а цифра 0 - разомкнут. Для бесконтактного логического элемента цифра 1 указывает на наличие напряжения на его выходе, а цифра 0 - на отсутствие напряжения. Аналогично обозначаются и входные сигналы элементов.

В настоящее время очень широкое применение получили регулируемые тиристорные электроприводы постоянного и переменного тока. Применяются и тиристорные приводы.

Из предмета «Основы промышленной электроники» необходимо вспомнить устройство и принцип действия тиристора, его вольт-амперные характеристики, тиристорные переключатели переменного тока (выключатели, пускатели двигателей).

Лабораторная работа № 1

Исследование процесса пуска двигателя постоянного тока параллельного возбуждения в функции времени.

Лабораторная работа № 2

Исследование процесса пуска двигателя постоянного тока параллельного возбуждения в функции электродвижущей силы.

Лабораторная работа № 3

Исследование процесса пуска двигателя постоянного тока параллельного возбуждения в функции тока.

Лабораторная работа № 4

Исследование процесса торможения двигателя постоянного тока параллельного возбуждения.

Лабораторная работа № 5

Исследование процесса пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Лабораторная работа № 6

Исследование процесса торможения противовключением и реверса асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Лабораторная работа № 7

Исследование процесса динамического торможения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Вопросы для самоконтроля

1 Что относится к аппаратам бесконтактного управления?

2 Какие существуют логические устройства управления?

3 Нарисуйте основные логические элементы и их релейные эквиваленты.

4 Начертите схему тиристорного выключателя.

Раздел 2 Замкнутые системы автоматизированного управления электроприводами

Тема 2.1 Элементы и устройство систем управления электроприводами

Элементы и устройства автоматизированного управления электроприводами в замкнутых системах: усилители, формирующие и управляющие элементы, датчики и измерительные устройства. Полупроводниковые преобразователи. Командные и задающие элементы, применяемые в электроприводах.

Литература

[2] гл.11; [3] гл.12, стр. 307-313

Методические указания

Изучая данную тему, учащийся должен четко представлять разницу между замкнутой и незамкнутой системами управления.

Применение обратных связей - положительных и отрицательных - позволяет получить жёсткие механические характеристики регулируемых двигателей, а это, в свою очередь, даёт возможность значительно расширить диапазон регулирования и получить ряд других ценных свойств электроприводов. Учащийся должен на отдельных конкретных примерах узлов схем непрерывного управления изучить принцип построения замкнутых систем, изучить элементы и устройства автоматического управления в замкнутых системах. Необходимо рассмотреть обратные связи по различным выходным параметрам: скорости, току, напряжению, ЭДС. Усвоив эти вопросы, можно переходить к рассмотрению замкнутых систем управления: системы Г-Д с ЭМУ, системы МУ-Д, УВ-Д, ПЧ-Д и др. В разных учебниках приведены разные схемы. Рассматривая их, необходимо обратить внимание на общность конечных целей, которые получают при использовании различных систем управления электроприводами.

Замкнутые структуры ЭП применяются в тех случаях, когда требуется обеспечить движение исполнительных органов рабочих машин с высокими показателями - большими диапазонами регулирования скорости и точностью её поддержания, заданными качеством переходных процессов и точностью остановки, а также высокой экономичностью или оптимальным (наилучшим) функционированием технологического оборудования, и самого ЭП. Основным признаком замкнутых структур является автоматическое (без участи человека) управление ЭП, при котором ЭП наилучшим образом выполняет свои функции при всевозможных управляющих и внешних возмущениях, действующих на рабочую машину или ЭП.

Замкнутые структуры ЭП строятся по принципам компенсации возмущения и отклонения, называемому также принципом обратной связи. Рассмотрим принципы компенсации наиболее характерного внешнего возмущения ЭП, момента нагрузки Мс, при регулировании скорости w. Основным признаком замкнутой системы является наличие цепи, по которой на вход ЭП вместе с задающим сигналом скорости Uc подаётся сигнал Um = Rxn Мс, пропорциональный моменту нагрузки Мс. В результате этого управление ЭП осуществляется суммарным сигналом U, который автоматически изменяется в нужную сторону при колебаниях момента нагрузки, обеспечивая с помощью системы управления поддержания скорости ЭП на заданном уровне.

Вопросы для самоконтроля:

1 Что такое замкнутая система управления электроприводом? Каков принцип её построения?       

2 Как действуют положительные и отрицательные обратные связи?

3 Что такое жёсткая и гибкая обратная связи?

4 Какие элементы и устройства автоматического управления применяются в замкнутых системах электроприводов? Каково их назначение?

5 Почему замкнутые системы позволяют получить широкий диапазон регулирования скорости?

6 Начертите структурную схему автоматического регулирования и поддержания скорости электропривода постоянного тока с обратной связью по напряжению и току.

7 В чём заключается принцип действия узла ограничения тока (отсечки)?

8 Какие элементы входят в функциональные схемы замкнутых систем автоматического, управления с тиристорными преобразователями?

9 Как действует система импульсно-фазового управления (СИФУ)?

10 В чём заключается принцип подчинённого регулирования?

11 Назовите известные вам серии комплектных электроприводов с замкнутыми системами управления.

Тема 2.2 Системы импульсно-фазового управления

Принципы управления тиристорами. Основные узлы систем управления тиристорными преобразователями. Расчёт и выбор элементов систем импульсно-фазового управления. Использование принципа одноканального управления.

Литература

 [1] стр.118.

Методические указания

С силовым тиристорным преобразователем связана система импульсно-фазового управления (СИФУ). Назначение СИФУ заключается в преобразовании непрерывного сигнала в импульсный сигнал управления, фаза которого изменяется пропорционально входному воздействию.

Поскольку угол управления отсчитывается от момента естественного открывания тиристора, работа СИФУ должна быть согласована с напряжением питания тиристорного преобразователя. Управляющие импульсы должны иметь достаточную мощность и высокую крутизну, необходимую для чёткого открывания тиристоров.

Управляющее напряжение Uy поступает на вход фазосдвигающего устройства (ФСУ), в котором сравнивается с опорным напряжением, вырабатываемом генератором опорного напряжения (ГОН). При этом график опорного напряжения перемещается по вертикали. При равенстве напряжений на выходе нуль органа (ИО) появляется сигнал, который проходит через блок усиления и формирования импульсов (УФ) и поступает на управляющий электрод тиристора.

Вопросы для самоконтроля:

1 Назначение СИФУ.

2 Принцип действия СИФУ.

3 Устройство и принцип действия генератора опорного напряжения.

Тема 2.3 Системы подчинённого регулирования. Системы автоматизированного управления с двигателями постоянного тока

Структура, принцип построения и функции замкнутых систем управления ЭП. Построение систем подчинённого регулирования ЭП с управляемым вентильным преобразователем. Основные элементы привода. Основные схемы управления и их характеристики. Расчёт и выбор основных элементов силовых преобразователей. Статические характеристики вентильного ЭП постоянного тока в режиме непрерывного и прерывистого токов. Основные схемы реверсивных вентильных ЭП. Реверсивный вентильный ЭП с совместным и раздельным управлением, достоинства и недостатки. Реверсивный вентильный ЭП с реверсом в цепи якоря, в цепи возбуждения. Системы с двух зонным регулированием скорости. Системы «импульсный преобразователь - двигатель постоянного тока», достоинства и недостатки, область применения. Математическое описание двигателя постоянного тока независимого возбуждения при управлении по якорной цепи. Вентильный преобразователь как звено системы автоматического управления. Расчёт и выбор систем подчинённого регулирования. Комплектный ЭП с ДПТ.

Литература

[2] стр.326

Методические указания

Эффективное и качественное регулирование координат в системе П - Д обеспечивает принцип подчинённого регулирования. Этот принцип предусматривает регулирование каждой координаты с помощью своего отдельного регулятора и соответствующей обратной связн. Тем самым регулирование каждой координаты происходит в своём замкнутом контуре и требуемые характеристики ЭП в статике и динамике могут быть получены за счёт выбора схемы и параметров регулятора этой координаты и цепи её обратной связи. Управление внутренним контуром с помощью выходного сигнала внешнего контура определяет ещё одно ценное свойство таких схем. Оно заключается в возможности простыми средствами ограничивать любую регулируемую координату, например, ток и момент на заданном уровне. Для этого требуется всего лишь ограничить задающий сигнал, поступающий с внешнего контура.

Вопросы для самоконтроля:

1 В чём суть системы с подчинённым регулированием координат?

2 Что такое регуляторы?

3 Какие бывают регуляторы?

4 Какой тип регулятора применяется для регулятора скорости?

Какой тип регулятора применяется для регулятора тока?

Тема 2.4 Электроприводы с асинхронными двигателями

Основные соотношения. Способы управления АД. Формирование вектора магнитодвижущей силы. Электропривод с АД, управляемый напряжением. Электропривод с АД с фазным ротором.

Частотное управление АД. Законы частотного управления: пропорциональный, с компенсацией падения напряжения на активном сопротивлении статора, с постоянством потока. Основные соотношения и схемы замещения АД при частотном управлении. Системы ЭП с автономными инверторами напряжения и тока. Формирование выходного напряжения инверторов. Инверторы с широтно-импульсной модуляцией. Электроприводы с непосредственными преобразователями частоты. Системы с векторным и частотно-токовым управлением. Переходные процессы в частотном ЭП. Комплектный ЭП и АД.

Литература

 [2]стр.334

Методические указания

Замкнутые ЭП с двигателями переменного тока в настоящее время применяются относительно мало. Это исторически сложившаяся тенденция, в соответствии с которой регулируемый ЭП* строился главным образом с использованием ДПТ. В последние годы в связи с появлением разнообразных средств управления регулируемый ЭП переменного тока начал быстро развиваться.

Примером замкнутого ЭП переменного тока может служить серия ЭКТ и её модернизация ЭКТ2. Эти ЭП обеспечивают регулирование скорости, тока, и момента трёхфазных АД с коротко замкнутым ротором за счёт изменения частоты и величины подводимого к нему напряжения.

В качестве силового преобразователя в ЭП используется тиристорный преобразователь частоты со звеном постоянного тока, состоящий из управляемого выпрямителя УВ и инвертора напряжения ИН со своими схемами управления СУВ и СУИ. Между УВ и ИН включён силовой фильтр, обеспечивающий фильтрацию входного напряжения УВ и циркуляцию реактивной мощности в силовой части схемы.

Схема управления ЭП построена по принципу подчинённого регулирования координат и имеет два контура - внутренний(тока) и внешний (напряжения).

Регулирование этих координат осуществляется пропорционально-интегральными регуляторами тока РТ и напряжения РН, по сигналам датчиков тока ДТ и напряжения ДН. При частотах ниже номинальной схема управления поддерживает отношение напряжения к частоте постоянным, а при частотах выше номинальной напряжение остаётся неизменным, что обеспечивается усилителем-ограничителем УО.

Вопросы для самоконтроля:

1 В каких случаях требуется создание замкнутых схем ЭП?

2 Какую структуру силовой части имеет большинство замкнутых ЭП?

3 Какие функциональные аналоговые элементы управления применяются в замкнутых ЭП?

4 Что такое операционный усилитель?

5 Какие функциональные цифровые элементы управления применяются в замкнутых ЭП?

6 Какие функциональные преобразования и за счет чего может осуществлять операционный усилитель?

7 Дайте краткую характеристику наиболее распространённым цифровым узлам.

8 Что такое двоичный, восьмеричный и шестнадцатеричный цифровые коды?

9 Какие датчики координат применяются в замкнутом ЭП?

Тема 2.5 Дискретные электроприводы с шаговыми двигателями (ШД)

Принцип действия, способы коммутации обмоток и векторные диаграммы. Конструктивные особенности шаговых двигателей с постоянными магнитами, реактивных и индукторных (гибридных). Линейные ШД и модули на их основе. Режимы работы и их характеристики шагового электропривода. Распределители импульсов и коммутаторы. Схемы управления ЩД: потенциальные с двумя источниками, с широтно-импульсным преобразователем. Методы дробления шага. Шаговый электропривод с гидроусилителем момента. Системы управления шаговым ЭП.

Литература

[3] стр.223

Методические указания

В современных системах программного управления электроприводами наряду с относительно простыми устройствами отработки заданных программ (путевыми и конечными выключателями, датчиками, программными командоаппаратами, релейными счётными схемами, штепсельными коммутаторами и т.д.) достаточно широко применяются системы с числовым программным управлением (ЧПУ). В этих системах заранее подготовленные данные о работе электроприводов (последовательности действий и законах движения рабочих органов) вводятся в систему управления а виде совокупности чисел, записанных на перфокартах, перфорированной или магнитной ленте. Считанные с этих лент импульсы преобразуются электронными устройствами и в определённой последовательности подаются на управляющие и исполнительные устройство. Одним из таких устройств импульсного (дискретного иди скачкообразного) действия является так называемый шаговый двигатель. Он  представляет собой разновидность синхронной машины, которая преобразует последовательные управляющие импульсы в некоторый угол поворота вала при дискретном изменений состояний электромагнитного поля в рабочем зазоре за счёт импульсного возбуждения обмоток.

Движение ротора ШД состоит из элементарных поворотов (шагов) на некоторый угол. Суммарный угол поворота пропорционален числу импульсов, а угловая скорость их частоте. Следовательно, перемещение рабочего органа можно задать числом импульсов.

Вопросы для самоконтроля:

1 Как устроен шаговый двигатель?

2 Принцип действия шагового двигателя.

3 Приведите структурную схему программного управления.

4 Классификация систем программного управления.

Тема 2.6 Электроприводы с вентильными двигателями

Управление вентильными двигателями. Векторные диаграммы. Силовые преобразователи ЭП с ВД. Датчики положения ротора. ВД как объект регулирования. Комплектный ЭП с ВД.

Литература

[5]стр.213.

Методические указания

Основным недостатком регулируемого электропривода является щёточно-коллекторный узел двигателя. ЭД постоянного тока, лишённый коллектора, превращаете* в синхронную машину. По этой причине ВД относят к машинам переменного тока. Коллектор в машине постоянного тока выполняет двойные функции: силового преобразователя и информационного устройства в цепи обратной связи. При создании бесконтактного вентильного ЭД и исключении коллектора обе эти функции должны быть выполнены другими устройствами.

Принцип действия и конструкция датчиков положения разнообразны. Используют индуктивные, оптические и другие датчики. Например, электропривод главного движения с вентильным ЭД имеет две зоны регулирования скорости: с постоянным моментом и постоянной мощностью. Регулирование скорости в первой зоне осуществляется за счет изменения напряжения на статоре вентильного ЭД, во второй - изменением потока возбуждения и угла опережения открывания тиристоров инвертора. Вентильный ЭД выполнен на базе двигателя постоянного тока с электромагнитным возбуждением.

Вопросы для самоконтроля:

1 Каковы особенности вентильного ЭД?

2 В чём отличие естественной и искусственной коммутации вентильного ЭД?

3 Каково назначение щёточно-коллекторного узла в машинах постоянного тока?

4 Конструкция и принцип датчика положения.

Темя 2.7 Следящий электропривод

Общие положения, назначение и классификация следящих электроприводов. Следящий ЭП релейного действия. Принцип работы следящего электропривода с непрерывным управлением. Схемы следящих электроприводов непрерывного действия.

Литература

[51] стр. 340.

Методические указания       

Учащимся необходимо четко представить назначение и построение следящей системы. Следящий привод - это замкнутая автоматическая система. С её помощью исполнительный орган с определённой точностью отрабатывает движение рабочего механизма в соответствии с задающим сигналом.

Область применения таких систем очень многообразна в устройствах прокатных станов, в управлении металлорежущими станками, шагающими экскаваторами, манипуляторами и т.д.

Структурная схема следящего привода:

1 - датчик;

1 - следящее (приёмное) устройство;

2  - усилитель;   

3 - исполнительный двигатель.

Датчик и приёмник образуют устройство, которое называется измерителем рассогласования. Следящий "привод работает за счёт возникающего рассогласования между осями датчика и приводного двигателя. Процесс работы следящего привода сводится к. непрерывному автоматическому устранению возникающего, рассогласования.

Следящие приводы по способу действия системы управления делятся на две группы:

1 Следящие приводы с релейным или прерывистым управлением.

2 Следящие приводы с непрерывным управлением.

Следящий привод с релейным управлением отличается тем, что напряжение на исполнительный двигатель подаётся только в том случае, когда угол рассогласования достигает определённого значения.

В следящих приводах прерывистого действия используются аппараты с релейной характеристикой.

В следящих приводах непрерывного действия осуществляется непрерывное управление исполнительным двигателем, зависящее от угла рассогласования.

Вопросы для самоконтроля:

1 В чём отличие следящего электропривода от регулируемого?

2 Какие датчики обратной связи применяют в следящих электроприводах?

3 Как классифицируются следящие электроприводы?

4 Особенности следящего привода непрерывного действия.

5 Особенности следящего привода прерывистого действия.

6 В чём заключается сущность работы следящего привода?

Раздел 3 Комплексные автоматизированные системы управления электроприводами

Тема 3.1 Системы с числовым программным управлением

Виды систем программного управления. Числовое программное управление ЧПУ. Кодирование информации. Числовые коды. Коды на основе двоичной системы счисления. Двоично-десятичный код, Цикловое программное управление оборудованием. Функциональный состав цикловых систем ПУ. Подготовка программ для систем с ЧПУ. Программоносители. Структура позиционных и контурных систем с ЧПУ. Измерительные преобразователи с ЧПУ.

Литература

 [2] стр. 347.

Методические указания

Система с числовым "программным управлением обеспечивает существенное повышение производительности труда и качества обработки изделий. В электроприводе с ЧТГУ все технологические данные по обработке информации задаются в виде чисел. Программа предварительно кодируется, рассчитывается, записывается на программоноситель. Программа обработки изделия вносится в программное устройство ЭП, который обеспечивает обработку изделия.

Системы ЧПУ делятся на аналоговые (непрерывные) и дискретные (импульсные). Системы ЧПУ работают в одном их двух режимов: режиме позиционирования или режиме контурной обработке.

Системы ЧПУ могут быть замкнутыми И разомкнутыми.

Микропроцессор выполняется на основе одной или нескольких БИС. Это программно-управляемое устройство, имеет гибкий алгоритм работы. При использовании МП достаточно изменить программу при изменении схемы. В структурную схему микропроцессора входят арифметико-логическое устройство АЛУ, регистровое запоминающее устройство РЗУ, которое имеет регистры общего назначения РОН, счётчик команд СК, управляющее устройство, в состав которого входит регистр команд РК. Совокупность микропроцессора и указанных устройств образует микропроцессорную систему МПС. В состав МПС входят МП, устройства памяти оперативной ОЗУ и постоянной ПЗУ, интерфейсное устройство ИУ, устройство сопряжения УС, внешнее запоминающее устройство ВЗУ, устройства ввода-вывода УВВ, общая шина ОШ, включающая в себя ШД, ШУ и ША, СЧПЭ - силовая часть электропривода (преобразователь + двигатель + механическая передача).

Существуют специализированные МПС, которые ориентированы на конкретное применение. Примером такой МПС может служить программируемый контроллер.

В замкнутых системах ЧПУ с помощью датчиков измеряется действительное положение инструмента или изделий, и эта информация передаётся в сравнивающее устройство и сопоставляется с сигналами программного устройства.  

В разомкнутых системах ЧПУ движение инструмента или изделия не контролируется. В настоящее время наибольшее развитие получили системы ЧПУ с применением микропроцессоров и микро ЭВМ.

Вопросы для самоконтроля:

1 В чём особенности работы ЭП с ЧПУ?

2 Как классифицируются системы с ЧПУ?

3 В каких режимах работают системы ЧПУ?

4 Какие данные необходимы для составления программы?

5 Как записывается программа на программоносителе?

Тема 3.2 Применение микропроцессорной техники в электроприводе

Микропроцессорные системы управления. Принцип действия, основные определения, структура микропроцессора, регистры, команды, способы адресации, стек, организации памяти, типы запоминающих устройств. Интерфейс периферийных устройств. Микропроцессорные комплекты больших интегральных схем. Функциональные схемы ЭП с микропроцессорным управлением. Микропроцессорные модели управления. Микропроцессорные контроллеры, программируемые контроллеры.

Литература

[2] стр. 313.

Вопросы для самоконтроля:

1 Что называется микропроцессором?

2 Назовите основные узлы, входящие в структуру микропроцессора.

3 Что называется микропроцессорной системой?

4 Какие элементы входят в микропроцессорную систему?

5 Какова структурная схема программируемого контроллера?

Раздел 4 Надёжность систем автоматизированного управления электроприводом

Тема 4.1 Основные понятия и показатели надёжности

Надёжность, безотказность, ремонтопригодность, долговечность. Восстанавливаемые и невосстанавливаемые объекты. Характеристика отказов: внезапный, постепенный, независимый, полный, частичный. Показатели безотказности и ремонтопригодности: вероятность безотказной работы, средняя наработка на отказ, частота отказов.

Литература

[7д] стр. 401.

Методические указания

Учащимся необходимо знать основные понятия и определения, относящиеся к понятию надёжности.

Надёжность - это свойство ЭП выполнять свои функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели и характеристики в, течение определённого времени.

Работоспособность - это состояние электропривода, при котором он выполняет свои функции. .

Безотказность - свойство ЗП сохранять свою работоспособность в течение определённого времени.      

Долговечность - свойство ЭП сохранять свою работоспособность до предельного состояния.

Ремонтопригодность - способность к устранению отказов путём ремонтов и технического обслуживания.

Сохраняемость - способность ЭП непрерывно поддерживать свою работоспособность в течение и после хранения и транспортировки.

Вопросы для самоконтроля:

1 Что включает в себя понятие надёжности ЭП?

2 Дайте понятие вероятности безотказной работы, интенсивности отказов и времени наработки до отказа.

3 Какие электротехнические устройства являются источниками помех и за счёт чего?        

4 Какие технические мероприятия позволяют сократить время обнаружения неисправности и ремонта?

5 Как связано повышение надёжности элемента с увеличением при этом его Стоимости?

6 Что такое оптимальный уровень надёжности элемента ЭП?

Тема 4.2 Методы расчёта САУ на надёжность

Метод расчёта по среднегрупповым значениям интенсивностей отказов: коэффициентный метод расчёта надёжности. Обеспечение надёжности введением, внутриэлементной избыточности и структурной избыточности.

Литература

[7д] стр.403

Методические указания

Существуют различные методы расчёта надёжности электропривода. Наиболее распространён коэффициентный метод. Сущность этого метода заключается в том, что используется коэффициент надёжности Ki.

Влияние на надёжность условий работы учитывается введением в расчёт поправочных коэффициентов.

После определения коэффициентов надёжности отдельных элементов рассчитываются показатели надёжности ЭП в целом.

Найденные показатели надёжности сравниваются с требуемыми по техническому заданию. Если они не соответствуют требованиям техзадания, то принимаются меры к повышению надёжности ЭП.

Вопросы для самоконтроля:

1 В чём сущность коэффициентного метода расчёта показателей надёжности ЭИ?

2 Каков порядок расчёта показателей надёжности ЭП коэффициентным методом?

3 Как связано повышение надёжности элемента с увеличением при этом его стоимости?

4 Что такое оптимальный уровень надёжности элемента ЭП?

Задания для домашней контрольной работы

Методические указания по выполнению домашних контрольных работ

    Каждый учащийся выполняет вариант контрольной работы по двум последним цифрам присвоенного ему шифра.

    При выполнении контрольной работы необходимо выполнить следующие требования.

Обязательно выписывать вопросы, поставленные в контрольной работе.

Работа должна быть выполнена в тетради чернилами. В тетради необходимо оставить поля замечаний и место в конце работы для заключения рецензента.

Работа должна быть выполнена аккуратно, чертежи выполнены под линейку, грамотно подписываются рисунки и таблицы, не допускаются ксерокопии схем и графиков.

Работы, не удовлетворяющие указанным требованиям, рецензированию не подлежат и возвращаются учащимся.

Задания для домашней контрольной работы

Перечень вопросов для домашней контрольной работы

1 Пояснить принципы автоматического управления пуском и торможением двигателей.

2 Начертить и описать схему релейно-контактного управления двигателем постоянного тока независимого возбуждения в функции ЭДС.

3 Привести схемы и дать описание типовых узлов схем автоматического управления двигателям постоянного тока.

4 Привести и описать схему управления асинхронным двигателем с фазным ротором в функции времени и торможения противовключением.

5 Начертить и описать схему прямого пуска синхронного двигателя.

6 Привести реверсивную схему управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором: релейно-контактный вариант и и бесконтактный аналог. Защиту от перегрузки обеспечить тепловым реле. Указать назначение всех элементов схемы.

7 Привести и описать схему пуска двигателя постоянного тока независимого возбуждения в функции тока.

8 Привести и описать схему пуска асинхронного двигателя в одну ступень в функции тока и динамического торможения в функции скорости.

9 Привести схемы пуска электродвигателя постоянного тока в функции ЭДС; тока, времени и дать описание принципа действия схем.

10 Привести схемы управления пуском асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором: нереверсивный пуск, реверсивный пуск, пуск с симметричным включением сопротивлений в цепь статора. Дать описание работы схем.

11 Привести схемы и дать описание принципа действия регуляторов.

12 Привести структурную схему датчика координат АЭП, схему и принципы действия датчиков тока, пояснить работу схем.

13 Привести типовые узлы схем управления торможением двигателей постоянного тока, дать описание работы узлов.

14 Привести схемы и дать описание принципа действия потенциометрического задатчика скорости, функциональной схемы задатчика интенсивности.

15   Привести основные узлы схем управления тиристорными преобразователями: структурную схему вертикальной СИФУ, временные диаграммы работы вертикального СИФУ.

16 Объяснить принципы управления реверсивным выпрямителем. Совместное и раздельное управление.

17 Привести схемы реверсивного вентильного электропривода с реверсором по цепи якоря, по цепи возбуждения, пояснить работу схем.

18 Объяснить принципы управления синхронным двигателем. Привести типовые узлы схем возбуждения синхронного двигателя и дать описание работы.

19 Привести схему пуска асинхронного двигателя с фазным ротором в одну ступень. Дать описание работы схемы.

20 Начертить схему управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором с торможением противовключением, дать описание работы схемы.

21 Привести схемы и дать описание защит в ЭП постоянного и переменного тока.

22 Привести схемы на логических элементах, обеспечивающие заполнение информации, реверс двигателя и выдержку времени, дать описание принципа работы схемы.

23 Начертить и описать схему автоматического регулирования и поддержания скорости с токовой отсечкой двигателя постоянного тока. Привести электромеханические характеристики.

24 Привести и описать функциональную схему комплектного электропривода типа КТЭУ.

25 Привести схемы и дать описание принципа действия регуляторов.

26 Привести структурную схему датчика координат АЭП. Схемы и принципы действия датчиков тока.

27 Дать описание принципа действия, работы и применения датчиков скорости и положения.

28 Привести схемы и дать описание принципа действия потенциометрических задатчиков скорости, функциональной схемы задатчика интенсивности.

29 Привести схему замкнутой системы управления по системе «источник тока – двигатель постоянного тока», объяснить принцип действия схемы.

30 Привести схемы замкнутых структур электропривода, описать работу схем.

31 Привести схемы, переходные функции, принцип действия регуляторов.

32 Объяснить принцип построения замкнутых схем управления электроприводами.

33 Привести схемы командных и задающих элементов: схемы, принципы действия.

34 Привести структурную схему автоматического регулирования и поддержания скорости электропривода постоянного тока, дать описание работы схемы.

35 Объяснить особенности регулируемого электропривода постоянного тока.

36 Объяснить особенности электропривода переменного тока с трехфазным асинхронным двигателем.

37 Привести общие сведения о схемах управления электроприводом. Классификация схем. Привести условные обозначения схем.

38 Дать описание логических элементов, применяемых для управления электроприводом, схемы, принцип действия. 

39 Привести схему пассивных корректирующих элементов в замкнутых системах, дать описание принципа действия.

40 Привести схему и дать описание частотного управления асинхронным двигателем.

41 Дать описание, принцип действия и схемы тиристорных преобразователей постоянного тока.

42 Привести и описать конструкцию и принцип действия шагового двигателя.

43 Привести функциональную схему электропривода с шаговым двигателем, объяснить принцип действия.

44 Пояснить принцип работы следящего электропривода непрерывного управления. Привести и описать схему следящего привода с непрерывным управлением.

45 Привести и описать структурную схему ЭП постоянного тока с программным устройством на основе ЭВМ.

46 Привести и описать схему программируемого контроллера. Область применения программируемых контроллеров.

47 Дать описание принципов управления тиристорами. Привести необходимые структурные схемы.

48 Привести основные узлы схем управления тиристорными преобразователям: структурную схему вертикальной СИФУ, временные диаграммы работы СИФУ.

49 Объяснить принцип управления реверсивным выпрямителем. Объяснить принцип действия современного управления тиристорами.

50 Объяснить принцип управления реверсивным выпрямителем и принцип раздельного управления.

51 Поясните работу реверсивного вентильного электропривода с реверсором по цепи якоря, по цепи возбуждения. Приведите схему.

52 Привести функциональную схему электропривода и диаграмму регулирования мощности и момента при двухфазном регулировании скорости.

53 Привести структурную схему системы подчиненного регулирования, дать описание работы схемы.

54 Привести схему тиристорного регулятора напряжения при симметричном управлении и соединении обмоток в треугольник, при несимметричном управлении.

55 Привести комплектную схему электропривода с частотным управлением. Дать описание работы схемы.

56 Пояснить устройство и принцип действия вентильных двигателей.

57 Охарактеризовать конструкцию и принцип действия датчиков положения ротора.

58 Привести схему и пояснить принцип действия электропривода с вентильным двигателем и тиристорным коммутатором.

59 Изложить основные определения микропроцессорных средств.

60 Раскрыть сущность памяти микропроцессорных систем и дать классификацию.

61 Привести структурную схему микропроцессора, описать принцип работы схемы.

62 Привести схему электрического привода с фрагментом алгоритма программы с использованием микропроцессора.

63 Привести замкнутую схему управления асинхронного электропривода, выполненного по схеме «тиристорный регулятор напряжения – двигатель (ТРН – АД), пояснить принцип действия схем.

64 Привести схему цикловой системы программного управления, пояснить принцип действия схем.

65 Дать определение экономически целесообразного уровня надежности электроприводов.

66 Привести структурную схему электропривода с программным контроллером, объяснить работу схемы.

67 Изложить способы применения эксплуатационной надежности электроприводов.

68 Привести общие сведения о программном управлении электроприводом.

69 Привести общие сведения о числовом программном управлении электроприводом.

70 Привести структурную схему электропривода с программным управлением, дать описание работы схемы.

71 Привести структурную схему разомкнутой системы ЧПУ с шаговым двигателем, дать описание работы схемы.

72 Разобрать способы обеспечения надежности электропривода на стадии его проектирования.

73 Привести схемы силовых преобразователей постоянного тока, пояснить принцип действия схем.

74 Привести упрощенную схему системы «Статический преобразователь частоты – двигатель», дать описание работы схемы.

75 Привести функциональную схему электропривода постоянного тока с тиристорным преобразователем, дать описание работы схемы.

76 Привести схему и принцип действия силовых преобразователей частоты с автономным инвертором напряжения АИН.

77 Привести схему и принцип действия преобразователей частоты с автономным инвертором тока АИТ.

78 Привести схему и принцип действия непосредственных преобразователей частоты НПЧ.

79 Привести схему электропривода постоянного тока с частотно-токовым управлением, дать описание работы схемы.

80 Привести общие требования к выполнению принципиальных электрических схем и графические обозначения в схемах.

81 Привести схему и принцип работы следящего привода с релейным управлением.

82 Привести основные схемы реверсивных вентильных электроприводов, пояснить принцип действия.

83 Привести схему и дать описание принципа действия электропривода с цикловыми программными устройствами.

84 Привести схему силовой части СПЧ на основе автономного инвертора тока АИТ, дать описание принципа действия.

85 Привести метод расчета на надежность по среднегрупповым значениями интенсивности отказов.

86 Привести функциональную схему электропривода с преобразователем частоты ЭКТ2Д, пояснить принцип действия схемы.

87 Привести схемы и выходные характеристики формирующих устройств в замкнутых системах управления, пояснить принцип действия схем.

88 Привести структурную схему микропроцессорной системы, пояснить принцип действия схемы.

89 Привести методы обеспечения надежности введением внутриэлементной и структурной избыточности, привести расчеты и параметры надежности.

90 Привести схему реверсивного вентильного электропривода с совместным и раздельным управлением, пояснить принцип действия схемы.

Таблица 1 Варианты заданий

№ варианта

Вопросы

№ варианта

Вопросы

№ варианта

Вопросы

№ варианта

Вопросы

1,45

2,46

3,47

4,48

5,49

6,50

7,51

8,52

9,53

10,54

25,83

14,79

20,60

23,11

18,62

15,70

78,14

16,55

61,17

26,89

18,56

27,57

12,88

21,71

22,87

24,80

28,59

29,58

31,90

32,86

13,85

19,78

34,76

33,63

40,72

56,87

18,82

3,84

16,73

27,74

30,56

17,81

19,60

18,77

21,78

30,66

12,70

20,51

13,58

12,71

15,62

17,89

31,53

28,62

34,73

40,64

38,87

24,65

29,83

18,75

21,50

7,63

10,72

11,48

21,50

32,65

8,67

14,68

25,40

44,86

30,74

18,70

9,60

22,89

14,73

26,70

9,81

1,54

7,63

18,74

20,57

32,81

8,56

5,48

20,82

25,74

31,68

40,87

38,69

23,70

4,63

28,72

17,61

15,56

16,48

24,58

17,59

6,78

18,60

12,85

Список рекомендованной литературы

1. Симоненкова О.Л., Петренко Ю.Н., Гульков Г.И., Раткевич Е.П. «Системы автоматизированного управления электроприводами», Минск, ООО «Новое знание», 2004-383с.

2. Москаленко В.В. «Электрический привод», М., Мастерство: Высшая школа, .2000 – 368с 

3. Васин В.М. «Электрический привод», М., Высшая школа, 1984 - 231с

4. Михайлов О.П. «Автоматизированный электропривод станков и промыш­ленных роботов», М., «Машиностроение», 1990 - 302с

Познавательные статьи:



Коммуникативные барьеры и пути их преодоления

Рынок недвижимости. Сущность недвижимости

Решение задач с использованием генеалогического метода

История происхождения и развития детской игры