Электромеханика. Лабораторный практикум - 4 стр.

UptoLike

Рубрика: 

ВВЕДЕНИЕ
На современном этапе развития нашей цивилизации, да и в обозримом будущем, электрическая энергия является ос-
новным видом энергии для человеческой деятельности. Электрические силовые и информационные преобразователи в со-
временном машинном производстве определяют уровень развития общества. Основу электроэнергетики составляют силовые
электрические преобразователи (СЭП) (синхронные генераторы, трансформаторы, электродвигатели переменного и посто-
янного тока), которые изучаются в курсах «Электрические машины» и «Электромеханика». Информационные и технологи-
ческие преобразователи изучаются в соответствующих курсах.
Приоритет электрических преобразователей в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте и в быту объясняет-
ся их существенными преимуществами, основными из которых являются: высокий коэффициент полезного действия, эколо-
гическая чистота, простота подвода энергии, высокая степень управляемости, обратимость и широкий диапазон мощностей.
Новые технологии и технологические установки, автоматизированные поточные линии образуют сложные системы, в
состав которых часто входят биологические объекты. Электрические преобразователи наиболее полно отвечают требовани-
ям этих систем, так как сами обладают рядом свойств биологических объектов:
1. Наличие возбуждения (магнитного потока). Причём генераторы могут иметь как независимое, так и самовозбуж-
дение. Трансформаторы и асинхронные электродвигатели работают по принципу самовозбуждения.
2. Саморегулирование основных параметров (магнитный поток, ЭДС, частота вращения) достигается внутренними
обратными связями, которые образуют соответствующие внутренние системы автоматического регулирования (САР).
3. Автоматическое регулирование потребляемой мощности при изменении нагрузки. Последнее отчётливо замет-
но при сравнении управления электродвигателем и двигателем внутреннего сгорания автомобиля, где при изменении на-
грузки водитель регулирует потребляемую мощность (количество подаваемого топлива). В этих же условиях электродвига-
тель берёт необходимую мощность из сети.
4. Реакция на внешние возмущения. Например, изменение параметров питающей сети или нагрузки для электродви-
гателя вызывает изменения момента и частоты вращения.
5. Обратимость СЭП общеизвестна.
Существует множество примеров обратимости биологических объектов.
Производственные технологические установки, как правило, представляют собой набор соответствующих преобразова-
телей. Поэтому в учебном процессе основной объём специальной подготовки инженеров занимает теоретическое и практи-
ческое изучение различных преобразователей.
На кафедре «Электрооборудование и автоматизация» ТГТУ в целях совершенствования методики изучения СЭП были
разработаны структурно-логические схемы (СЛС) силовых электрических преобразователей [1].
СЛС это схема, содержащая последовательность преобразований всех параметров в элементарных звеньях данного
преобразователя, а также прямые и обратные связи между ними и удовлетворяющая основным аналитическим выражениям
для данного преобразователя. Одновременно СЛС является функциональной схемой системы автоматического регулирова-
ния (САР) данного преобразователя. Например, в трансформаторе (см. рис. 1.2) подводимое напряжение
U
первопричина
всех рабочих процессов, т.е. с точки зрения теории автоматического регулирования
U
является задающим параметром.
Уравнения электрического равновесия I-й и II-й обмоток, уравнения токов и магнитных потоков, а также реальный процесс
саморегулирования позволяют представить СЛС в виде замкнутой системы автоматического регулирования с последова-
тельным включением регуляторов (регулирующее воздействие предыдущего является задающим для последующего регуля-
тора).
Последовательное включение регуляторов в теории автоматического регулирования считается наиболее рациональным,
так как стабилизация и ограничение последующих параметров обеспечиваются задающими величинами предыдущих регу-
ляторов. С другой стороны, внутренние связи не создавались изобретателями и конструкторами. Они суть совершенных
устройств.
Объём информации, получаемый от СЛС, достаточен для понимания основных процессов, происходящих в данном
преобразователе. Для анализа его динамических свойств необходимо введение математического описания (передаточных
функций) всех элементарных звеньев, т.е. СЛС является первым этапом построения структурно-логической модели (CЛМ)
данного преобразователя. Анализ и синтез СЛМ преобразователей позволяет решать как учебные, так и исследовательские и
конструкторские задачи.
Для практического изучения большого разнообразия силовых электрических преобразователей требуется большое ко-
личество стендов для исследований и большие учебные площади для лабораторий.
В настоящее время вузы оснащаются универсальными стендами, позволяющими выполнять фронтально исследования и
лабораторные работы и экономить учебные площади лабораторий. В основу построения универсальных стендов положены
различные принципы:
1. Комплектация стендов всеми видами преобразователей. При этом используются микромашины мощностью десятки
ватт и механические нагрузочные устройства. Основным недостатком таких стендов является большое отличие рабочих ха-
рактеристик от реальных промышленных преобразователей.
2. Использование на стендах сменных электрических двигателей и генераторов, что увеличивает время подготовки и
выполнения лабораторных работ, а также требует отдельной площади для сменных преобразователей.
3. Принцип, использующий многофункциональность и обратимость электрических преобразователей, а также свойства
силового тиристорного преобразователя.
По последнему принципу разработаны и построены универсальные стенды типа УСЭМ на кафедре «Электрооборудо-
вание и автоматизация» ТГТУ (рис. 1.1, табл. 1).