Реферат по "Теплотехнике"

Асинхронные электродвигатели переменного тока значительно отличаются от электродвигателей постоянного  тока. Это отличие достигается  за счет простоты конструкции и удобства эксплуатации. По этой причине асинхронные  электродвигатели заметно преобладают, повсеместно используются и широко применяются во многих отраслях промышленности, энергетики, а также городской  инфраструктуре.Регулирование скорости вращения двигателя можно осуществлять при помощи различных устройств, среди которых распространены и известны следующие:

1. Механический вариатор;
2. Гидравлическая муфта;
3. Система генератор-двигатель или электромеханический преобразователь частоты;
4. Сопротивления, дополнительно вводимые в фазный ротор или статор;
5. Статический преобразователь частоты.

Первые четыре способа  имеют заметные недостатки:

• сложности в применении, эксплуатации и обслуживании;
• низкое качество;
• узкий диапазон регулирования;
• неэкономичность.

Указанные выше недостатки отсутствуют только в одном случае, в случае использования статических  преобразователей частоты. В данном случае регулирование скорости вращения электродвигателя производится путем изменения величины напряжения питания и частоты двигателя. Коэффициент полезного действия (КПД) такого преобразователя составляет не менее 98 %, система управления на основе микропроцессора обеспечивает высокое качество управления асинхронным электродвигателем, контролирует множество его параметров, резко сокращая возможность возникновения и развития аварийных ситуаций.

В зависимости от способа  преобразования энергии частотные  преобразователи бывают двух видов:

• непосредственные;
• двухступенчатые.

В настоящее время более  распространены преобразователи второй группы. Судя по названию не трудно понять, что данный тип преобразователей производит двойное преобразование энергии. Действительно в силовой  части преобразователя можно  выделить выпрямитель, который преобразует  энергию переменного тока в электрическую  энергию постоянного, а также  инвертор, выполняющий обратное преобразование. Ввиду этой особенности преобразователи  такого типа также называют преобразователями  частоты со звеном постоянного тока.

По способу управления электродвигателем преобразователи  можно разделить на следующие  группы:

со скалярным управлением; с векторным управлением.

Второй способ управления преобразователем частоты позволяет  осуществлять гораздо более качественное управление электродвигателем, нежели первый. Зато настройка такого преобразователя  требует глубоких познаний в области  устройства электропривода и электрических  машин. Скалярный способ управления позволяет осуществлять легкую регулировку, даже при использовании заводских  настроек.

Тахогенера́тор (от др.-греч. τάχος — быстрота, скорость и генератор) — измерительный генератор постоянного или переменного тока, предназначенный для преобразования мгновенного значения частоты (угловой скорости) вращения вала в пропорциональный электрический сигнал.

Величина сигнала (ЭДС) прямо пропорциональна частоте вращения.Сгенерированный сигнал подаётся для непосредственного отображения на специально проградуированный вольтметр (тахометр) либо на вход автоматических устройств, отслеживающих частоту вращения.

Принцип действия

Действие тахогенератора основано на пропорциональности угловой  частоты вращения ротора генератора его ЭДС при постоянном значении потока возбуждения.

Различают тахогенераторы переменного  тока (синхронные и асинхронные) и  постоянного тока.

• Тахогенераторы постоянного тока — небольшие коллекторные машины, поток возбуждения в которых создаётся постоянным магнитом или независимой обмоткой.
• Тахогенераторы синхронного типа представляют собой небольшие синхронные машины с постоянным магнитом в качестве ротора.
• Асинхронные тахогенераторы (получили наибольшее распространение) по конструкции подобны асинхронным электродвигателям с полым короткозамкнутым ротором. На статоре такого тахогенератора расположены под углом 90° две обмотки, одна из которых (обмотка возбуждения) питается переменным током постоянной частоты и постоянного напряжения, а вторая является выходной, и к ней может быть подсоединён измерительный прибор (вольтметр, отградуированный, например, в об/мин).

Достоинства. Пара тахогенератор — тахометр не требует дополнительных источников питания, проста и достаточно надёжна в работе.

Недостатки. Тахогенераторы не могут измерять очень медленное вращение — получающийся сигнал чересчур мал.

Тахогенератор создаёт дополнительную нагрузку на вращающийся вал и  содержит трущиеся детали, требующие  регулярного ухода. (С развитием  электроники тахогенераторы заменяются на схемы с оптронами открытого типа, реагирующими на отражение света от меток на вале или на прерывания луча света крыльчаткой, размещённой на валу — датчики угла поворота (энкодеры)).

1.4.

Сельсинами называют индукционные машины, обеспечивающие синхронный и синфазный поворот или вращение двух или нескольких осей, механически не связанных между собой. Одна из таких машин механически соединена с ведущей осью и называется датчиком, а другая - с ведомой осью и называется приёмником.

Сельсины имеют две  обмотки: возбуждения и синхронизации. Различают одно- и трёхфазные сельсины, обмотка синхронизации у обоих - трехфазная. В системах автоматики наибольшее распространение получили однофазные сельсины, которые бывают контактными и бесконтактными.

Однофазный сельсин представляет собой асинхронную машину, в которой  обмотка возбуждения создает  пульсирующий поток, индуцирующий в  трех фазах обмотки синхронизации  ЭДС. Величина этих ЭДС зависит от угла поворота датчика (ротора)  . При повороте ротора взаимоиндуктивность между обмоткой возбуждения и каждой из фаз обмотки синхронизации плавно изменяется по закону косинуса, вследствие чего ЭДС, индуцируемая в этих фазах пропорциональна косинусу угла датчика. Все три индуктируемые ЭДС имеют одну и ту же временную фазу.

Различают два  режима работы сельсинов: индикаторный и трансформаторный.

Индикаторный режим используется при отсутствии другого исполнительного двигателя. Синхронизирующий момент между валами сельсина- датчика и сельсина- приемника создается при наличии некоторого пространственного угла  = - , называемого углом рассогласования. Появляющиеся при этом ЭДС обеспечивают протекание тока по обмоткам синхронизации датчика и приемника. В результате в сельсине- приемнике возникает момент, старающийся повернуть его вал на угол равный углу поворота датчика. Из - за наличия механической нагрузки на валу приемника угол рассогласования, как правило, больше нуля.

В трансформаторном режиме к ведомой оси приложен значительный момент сопротивления. Поэтому угол рассогласования  отрабатывается в этом случае с помощью исполнительного двигателя. Появляющееся в обмотке возбуждения выходное напряжение подается через усилитель на обмотку исполнительного двигателя. Сельсины могут работать в режиме поворота и в режиме вращения. В первом случае имеем статическую ошибку системы синхронной связи, а во втором ошибка рассогласования определяет динамическую точность системы.

Требования, предъявляемые  к сельсинам: статическая и динамическая точность передачи угла; удельный синхронизирующий момент, т.е. момент, приходящийся на 10 поворота ротора; максимальный синхронизирующий момент при наибольшем угле рассогласования; максимальная скорость вращения сельсинов и время успокоения ротора приемника при скачке поворота ротора датчика.

Устройство сельсинов. Однофазные сельсины, по существу, являются асинхронными машинами малой мощности. Они бывают явнополюсными (индикаторные) и неявнополюсными (трансформаторные). В явнополюсных сельсинах однофазная обмотка возбуждения располагается на явно выраженных полюсах ротора или статора. Обмотка синхронизации всегда выполняется распределенной и располагается в пазах статора или ротора; фазы её соединяются в звезду.

Сельсины выполняются  двухполюсными, для того, чтобы обеспечить самосинхронизацию в пределах одного оборота.

Число контактных колец и  щеток зависит от места расположения обмоток: сельсины с обмоткой возбуждения  на роторе имеют два контактных кольца; с обмоткой возбуждения на статоре - три контактных кольца. В некоторых  типах сельсинов применяются  электрические или механические демпферы, обеспечивающие быстрое затухание  собственных колебаний ротора при  переходе его из одного положения  в другое.

Для повышения надежности в настоящее время широко применяются  бесконтактные сельсины с однофазной обмоткой возбуждения и трехфазной обмоткой синхронизации, расположенными на статоре, вследствие чего отпадает необходимость в скользящих контактах. Недостатком бесконтактных сельсинов является худшее использование материалов из - за больших потоков рассеяния и тока холостого хода. При одинаковых синхронизирующих моментах вес бесконтактного сельсина примерно в 1,5 раза больше, чем контактного.

П о в о р о т н ы м и (вращающимися) трансформаторами называются небольшие индукционные машины, преобразующие угол поворота ротора в напряжение, пропорциональное либо самому углу, либо его функции.

Различают: 1) синусно-косинусные поворотные трансформаторы (СКПТ), которые  выдают два напряжения, изменяющиеся по гармоническому закону U_s= U_msina и U_c = U_mcosa; 2)линейные поворотные трансформаторы (ЛПТ), выходное напряжение которых изменяется по закону U = ka.

Рис.6.1. Условная схема поворотного  трансформатора

 
Поворотные трансформаторы (ПТ) состоят из статора и ротора, в пазах которых уложено по две взаимно перпендикулярных обмотки (рис.6.1). Одну из статорных обмоток называют обмоткой возбуждения- В, другую - компенсационной- К. Обмотки ротора носят названия синусной - S и косинусной- C. Параметры статорных обмоток полностью идентичны друг другу. Тоже самое справедливо и для роторных обмоток.

ПТ относятся к электрическим машинам высокой точности. Достаточно сказать, что изменение взаимной индуктивности между статором и ротором должно отличаться от гармонического закона не более чем на 0,05%.

Потребляемая поворотными  трансформаторами мощность составляет несколько вольт-ампер при напряжении до 115 В и частоте 50, 400 и 2500 Гц.

Под термином «датчики угла» понимаются устройства, преобразующие угловую координату в электрическое напряжение. Это напряжение используется в системах АЭП как сигнал обратной связи по углу или как управляющий сигнал в задающих устройствах. Датчики угла находят применение в следящих системах для измерения угла поворота исполнительного вала. Задание на движение системы может выполняться также с помощью датчика угла, угловой координатой которого является угол поворота командной (задающей) оси. Разность сигналов этих двух датчиков, так называемое «рассогласование», подаётся как управляющий сигнал на вход системы.

В этом случае оба  датчика могут рассматриваться  как «датчик рассогласования». Задание на угловое перемещение может формироваться и без датчика угла с командной осью. Тогда используется эквивалент командной оси, т.е. заданная угловая координата выступает в закодированном виде, например в форме цифровой программы. В таких системах с программным управлением выходной сигнал датчика угла исполнительного вала вводится в программное устройство, вырабатывающее задание на движение. В простейших случаях датчик угла используется как бесконтактный потенциометр, командоаппарат, фазовращатель.

Для датчиков угла и рассогласования  широкое применение нашли сельсины и вращающиеся трансформаторы.

Из двух сельсинов или  СКВТ составляется схема датчика  рассогласования, используемая для  измерения сигнала рассогласования  в следящих системах. Ротор сельсина-датчика (СД) соединен с командным штурвалом, а ротор сельсина-приемника (СП) — с исполнительным валом системы (рис. 5.5, а). Одна из роторных однофазных обмоток сельсинов получает питание и выполняет функцию обмотки возбуждения, другая является управляющей обмоткой, в которой наводится выходная ЭДС . Соединенные электрически СД и СП работают в амплитудных режимах, имея входной величиной угол поворота СД и выходной напряжение ЭДС СП, 

Вращающиеся трансформаторы (ВТ) представляют собой индукционные электрические машины, у которых выходное напряжение является функцией входного напряжения и угла поворота ротора. При этом зависимость выходного напряжения от входного — линейная, а от угла поворота ротора может быть как линейной, так и синусной (косинусной). В соответствии с этим функциональным назначением ВТ является преобразование механических величин в электрический сигнал в соответствии с заданной функциональной зависимостью. Вращающиеся трансформаторы по своему функциональному назначению разделяются на: ВТ для счетно-решающих устройств, к которым относятся синусно-косинусные (СКВТ), линейные (ЛВТ) и масштабные (МВТ) и ВТ для дистанционных передач (ВТДП) (датчики, приемники и дифференциальные ВТ).