1.4. Классификация электромеханических систем

Разделение всей совокупности ЭМС на некоторые подмножества производится на основе определенных классификационных признаков. По функциональному признаку ЭМС были разделены на три группы:

электроэнергетические установки — источники электроэнергии;

По типу основного системообразующего элемента, в качестве которого естественно рассматривать ЭМП, различаются ЭМС, выполненные на базе электрических машин постоянного тока, синхронных и асинхронных электрических машин переменного тока, электрических машин двойного питания и пр.

В свою очередь, по способу управления ЭМП можно разделить на одноканальные и двухканальные.

К одноканальным ЭМП относятся электрические машины постоянного и переменного тока, магнитный поток возбуждения которых создается с помощью постоянных магнитов. Эти машины называются магнитоэлектрическими. К этому же классу относятся асинхронные электрические машины с короткозамкнутой обмоткой на роторе или не имеющие обмотки на роторе и гистерезисные машины. Регулирование магнитного потока в перечисленных ЭМП производится по основному (и единственному) каналу передачи энергии, что и определило их название.

К двухканальным ЭМП относятся электрические машины, магнитный поток возбуждения которых можно регулировать посредством дополнительной подсистемы электромагнитного или смешанного типа, а также машины двойного питания, в которых поток возбуждения создается многофазной обмоткой, расположенной на статоре или роторе.

По конструктивному признаку электрические машины разделяются на бесконтактные машины и машины с щеточными контактами. Одноканальные электрические машины, кроме машин постоянного тока, являются бесконтактными, а двухканальные могут быть выполнены как контактными, так и бесконтактными. Однако, бесконтактность в данном случае достигается за счет усложнения конструкции и ухудшения массогабаритных и функциональных показателей в динамических режимах работы.

По роду тока ЭМС делятся на системы постоянного и переменного тока, а также системы смешанного типа. Системы переменного тока могут быть как однофазными, так и многофазными, в частности, трехфазными. К системам смешанного типа относятся электромеханические источники вторичного электропитания, преобразующие электрическую энергию тока одного рода в другой.

Вентильные электромеханические системы характеризуются наличием и участием в процессе преобразования энергии как электромеханических, так и полупроводниковых (вентильных) преобразователей, использование которых обеспечивает ЭМС не только бесконтактность при более простой конструкции электрической машины, но и управляемость, т. е. возможность формирования заданных статических и динамических характеристик в различных режимах работы.

Типичными представителями вентильных ЭМС являются вентильные генераторы и вентильные двигатели.

Вентильным генератором (ВГ) называют электромеханическую систему, предназначенную для питания потребителей постоянным током, в котором переменное напряжение синхронного генератора преобразуется в постоянное с помощью полупроводникового выпрямителя. Вентильный генератор является аналогом коллекторного генератора постоянного тока, в котором преобразование напряжения происходит с помощью щеточно-коллекторного узла. Полупроводниковый выпрямитель ВГ таким образом обеспечивает бесконтактность, а при использовании управляемого выпрямителя появляется еще возможность и регулирования выходного напряжения (малоэкономичный способ).

Вентильным двигателем (ВД) в самом общем случае можно назвать любой электропривод, в котором регулирование режима работы электродвигателя производится с помощью управляемых вентильных (полупроводниковых) преобразователей электроэнергии: выпрямителя, импульсного регулятора постоянного тока, преобразователя частоты. В более узком, общепринятом, смысле ВД называют ЭМС, включающую в себя ЭМП и инвертор, переключение ключей которого происходит в момент времени, согласованный с определенным положением ротора. В данном пособии под ВД будет пониматься ЭМС, отвечающая именно этому определению.

Аналогом ВД является коллекторный двигатель постоянного тока. Функции отсутствующего механического коллектора в ВД выполняет полупроводниковый коммутатор (инвертор), а функцию щеток — датчик положения ротора. Инвертор в ВД обеспечивает бесконтактность, а при использовании широтно-импульсной коммутации ключей инвертора — еще и возможность управления преобразованием энергии.

В источниках электроснабжения переменного тока при переменной частоте вращения первичного двигателя и необходимости стабилизировать частоту выходного напряжения возможно применять циклоконверторы, осуществляющие непосредственное преобразование электроэнергии переменного тока нестабильной частоты f₁ = var в электроэнергию переменного тока стабильной частоты f_вых = const.

В источниках электроснабжения и электроприводах используются также комбинированные вентильные преобразователи, имеющие в своем составе управляемый или неуправляемый выпрямитель (звено постоянного тока) и инвертор. Для возврата энергии в источник питания комбинированный вентильный преобразователь должен состоять из реверсивного выпрямителя и реверсивного инвертора.

По режиму работы ЭМС можно разделить на ЭМС длительного, кратковременного и повторно-кратковременного режима. Разделение на эти режимы производят исходя из теплового состояния ЭМС. Если система за время работы достигает установившейся температуры, то такой режим работы называется длительным; если за время работы установившаяся температура не достигается, а за время останова система успевает остыть до температуры окружающей среды, то такой режим называется кратковременным; и наконец, если за время работы температура не достигла установившегося значения, а за время останова не успела достигнуть температуры окружающей среды, то такой режим называется повторно-кратковременным.

Также можно выделить нереверсивные и реверсивные ЭМС. В последнем случае имеется в виду не столько изменение направления вращения, характерное для ряда электроприводов, сколько реверс потока энергии во всех функционально различных ЭМС.

По характеру нагрузки ЭМС подразделяются на ЭМС с постоянной, изменяющейся, импульсной и знакопеременной нагрузкой. При этом под нагрузкой источников электроснабжения и двигатель-генераторных систем, работающих в генераторном режиме, следует понимать суммарную мощность потребителей электрической энергии, а для электроприводов — момент нагрузки на выходном валу механизма или механическую мощность, потребляемую нагрузкой.

Регулируемыми (стабилизируемыми) в процессе функционирования параметрами источников и двигатель-генераторных систем постоянного тока являются выходное напряжение U_вых, в системах переменного тока — выходное напряжение U_вых и его частота f_вых, а в многофазных системах к этим параметрам добавляется и фазовый сдвиг Δφ между напряжениями. В электроприводах обычно регулированию подвергаются выходной момент, развиваемый электромеханизмом, угловая скорость Ω или положение выходного органа системы.

Классификация ЭМС с использованием вращающихся ЭМП

Особенности взаимодействия ЭМС с нагрузкой необходимо учитывать при создании ТС более высокого уровня иерархии — электротехнических или электроэнергетических комплексов.

Рассмотренная выше классификация схематично представлена на рисунке выше. Она приведена для вращающихся электромеханических преобразователей. Аналогичную классификацию можно представить и для ЭМП других типов (линейных, вибрационных и т.п.)

Источник

Классификация электромеханических преобразователей энергии

Принято использовать два основных классификационных признака:

3) электромашинные преобразователи: рода тока (постоянный в переменный и наоборот), число фаз тока (1 в 3 и наоборот), частота тока, и т.п. В настоящее время в общепромышленном применении вытесняются электронными преобразователями.

4) электромашинные усилители мощности (ЭМУ) (вытесняются электронными усилителями мощности).

5) преобразователи сигналов. Это – микромашины (мощностью до 600 Вт), используемые в качестве элементов систем управления, измерительных и вычислительных устройств.

6) силовые микродвигатели – работают в режиме “включен – выключен” на постоянную нагрузку, используются, например, для приведения в движение самописцев, лентопротяжных механизмов, дисководов ПЭВМ и т.п.

8) тахогенераторы – преобразователи (датчики) механической величины – скорости вращения – в электрическую (напряжение).

9) вращающиеся (поворотные) трансформаторы (ВТ, СКВТ, СКПТ) – элементы аналоговой вычислительной техники, преобразователи механических величин в электрические сигналы, датчики положения валов.

10) машины синхронной связи (сельсины) – датчики систем автоматического управления, реализующих синхронное и синфазное вращения или поворот двух или нескольких механически не связанных между собой осей (иногда используются как силовые машины, энергия которых участвует в перемещении исполнительных механизмов).

б) по роду тока и принципу действия

1) постоянного тока.

Такие электромеханические преобразователи энергии используются в качестве генераторов и двигателей в электроприводах, требующих изменения частоты вращения в широких пределах (системы автоматического управления, железнодорожный и другие виды электрифицированного транспорта, прокатные станы, сложные станки и др.). Широко используются также в автономных объектах, где бортовая сеть питается от аккумуляторов или батарей (авиация, космос, флот, автомобили …).

2) переменного тока.

трансформаторы (статические машины, кроме т.н. вращающихся трансформаторов), предназначены для преобразования величины напряжения переменного тока;

синхронные машины – чаще генераторы переменного тока промышленной частоты на электростанциях, а также повышенной частоты в автономных источниках питания. В САУ – синхронные двигатели малой мощности (реактивные, индукционные, шаговые и др.);

коллекторные – используются в основном как универсальные – как постоянного, так и переменного тока.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Электромеханические системы

Вы будете перенаправлены на Автор24

Классификация электромеханических систем

Электромеханическая система – это совокупность электрических, электронных, электромеханических, информационных и механических преобразователей энергии, которые связаны между собой.

Электромеханические системы могут классифицироваться по следующим признакам:

Готовые работы на аналогичную тему

Функциональное представление и направления проектирования электромеханической системы

Современная электромеханическая система может быть представлена, как совокупность следующих элементов:

Рисунок 1. Схема функционального состава электромеханической системы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Современное развитие электромеханических систем основано на совершенствовании технических средств и поиске новых алгоритмов управления. В проектировании электромеханических систем основными направлениями являются: автономное управление элементами системы; совместное проектирование технологического агрегата и автоматизированного электропривода; совместное проектирование всех составляющих электромеханической системы; совместное проектирование силовых частей технологического агрегата и автоматизированного электрического привода, с последующим совместным проектированием устройств авторизированного электропривода и системы в целом.

Сам процесс проектирования электромеханической системы, можно разделить на функциональное, конструкторское, технологическое и техническое проектирование. Одним из самых сложных является функциональное проектирование, которое заключается в создании математических моделей систем управления, которые должны обеспечивать выполнение заданных целей.

Источник

Классификация электрических машин

Электрические машины, как и другие устройства, также можно классифицировать. Классифицируют электрические машины по назначению, принципу действия и роду тока, мощности, по частоте вращения.

Классификация по назначению

Электрические машины по своему назначению подразделяют на:

Классификация по роду тока и принципу действия

Как известно, существует два рода электрического тока – переменный и постоянный. Исходя из этого, электрические машины также подразделяют по роду тока на два вида –машины электрические переменного тока и машины электрические постоянного тока.

Электрические машины переменного тока

В свою очередь электрические машины переменного тока делят на:

Электрические машины постоянного тока

В недалеком прошлом были они самыми популярными в регулируемом электроприводе из-за простоты управления ими. Они работают практически во всех сферах промышленности и транспорта. Из-за повышенной стоимости и требовательности в обслуживании активно вытесняются частотно-регулируемыми электроприводами переменного тока.

В связи с большим распространением машин постоянного тока также были распространены и генераторы постоянного тока. Они использовались в качестве источников постоянного напряжения для зарядки аккумуляторных батарей, на транспорте (тепловозы, теплоходы и другие), а также в промышленности (система генератор — двигатель). Ввиду развития полупроводниковой техники генераторы постоянного тока постепенно вытесняются из работы и активно заменяются на генераторы переменного тока работающих в паре с полупроводниковым преобразователем.

Также применяются электродвигатели постоянного тока и в системах автоматического управления АСУ в качестве усилителей электромашинных, тахогенераторов и исполнительных электродвигателей.

Электрические микромашины

Микромашины активно применяются в устройствах автоматических. Соответственно их подразделяют на группы:

Машины первых двух групп довольно часто называют силовыми, а электродвигатели третьей – пятой групп информационными.

Классификация по мощности

Также электрические машины классифицируют еще и по мощности. И по мощности их делят на:

Классификация по частоте вращения

Условно их разделяют на:

Микромашины же могут изготавливать с частотой вращения вала от нескольких оборотов в минуту до 60 000 оборотов в минуту. Скорость вращения машин средней и большой мощности, как правило, не превышает 3000 об/мин.

Источник

Классификация электрических аппаратов

Электрический аппарат – это устройство, управляющее электропотребителями и источниками питания, а также использующее электрическую энергию для управления неэлектрическими процессами.

Электрические аппараты общепромышленного назначения, электробытовые аппараты и устройства выпускаются напряжением до 1 кВ, высоковольтные – свыше 1 кВ. До 1 кВ делятся на аппараты ручного, дистанционного управления, аппараты защиты и датчики.

Электрические аппараты классифицируются по ряду признаков:

1. по назначению, т. е. основной функции выполняемой аппаратом,

2. по принципу действия,

3. по характеру работы

6. величине напряжения (до 1 кВ и свыше)

8. степени защиты (IP)

Особенности и области применения электрических аппаратов

Классификация электрических аппаратов в зависимости от назначения:

К ним относятся датчики тока, давления, температуры, положения, уровня, фотодатчики, а также реле, реализующие функции датчиков, например реле контроля скорости (РКС), реле времени, напряжения, тока.

Классификация электрических аппаратов по принципу действия

По принципу действия электроаппараты разделяются в зависимости от характера воздействующего на них импульса. Исходя из тех физических явлений, на которых основано действие аппаратов, наиболее распространенными являются следующие категории:

1. Коммутационные электрические аппараты для замыкания и размыкания электрических цепей при помощи контактов, соединенных между собой для обеспечения перехода тока из одного контакта в другой или удаленных друг от друга для разрыва электрической цепи (рубильники, переключатели, …)

4. Катушки индуктивности (реакторы, дроссели насыщения).

Классификация электрических аппаратов по характеру работы

По характеру работы электрические аппараты различают в зависимости от режима той цепи, в которой они установлены:

1. Аппараты, работающие длительно,

2. предназначенные для кратковременного режима работы,

3. работающие в условиях повторно-кратковременной нагрузки.

Классификация электрических аппаратов по роду тока

По роду тока: постоянного и переменного.

Требования, предъявляемые к электрическим аппаратам

Особенно многообразны конструктивные разновидности современных аппаратов, в связи с этим различны и требования, предъявляемые к ним. Однако существуют и некоторые общие требования вне зависимости от назначения, применения или конструкции аппаратов. Они зависят от назначения, условий эксплуатации, необходимой надежности аппаратов.

Изоляция электрического аппарата должна быть рассчитана в зависимости от условий возможных перенапряжений, которые могут возникнуть в процессе работы электрической установки.

Аппараты, предназначенные для частого включения и отключения номинального тока нагрузки, должны иметь высокую механическую и электрическую износоустойчивость, а температура токоведущих элементов не должна превышать допустимых значений.

При коротких замыканиях токоведущая часть аппарата подвергается значительным термическим и динамическим нагрузкам, которые вызваны большим током. Эти экстремальные нагрузки не должны препятствовать дальнейшей нормальной работе аппарата.

Электрические аппараты в схемах современных электротехнических устройств должны обладать высокой чувствительностью, быстродействием, универсальностью.

Общим требованием по всем видам аппаратов является простота их устройства и обслуживания, а также их экономичность (малогабаритность, наименьший вес аппарата, минимальное количество дорогостоящих материалов для изготовления отдельных частей).

Режимы работы электротехнических устройств

Надежность – безотказная работа аппарата за все время его эксплуатации.

Свойство электрического аппарата выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания и ремонтов, хранения и транспортирования.

Исполнение электрических аппаратов по степени защиты

Степень защиты от проникновения твердых тел и жидкости определяется ГОСТ 14254-80. В соответствии с ГОСТ устанавливается 7 степеней от 0 до 6 от попадания внутрь твердых тел и от 0 до 8 от проникновения жидкости.

Обозначение степеней защиты

Защита от проникновения твердых тел и соприкосновения персонала с токоведущими и вращающимися частями.

Защита от проникновения воды.

Специальная защита отсутствует.

Большого участка человеческого тела, например, руки и твердых тел размером более 50 мм.

Капель, падающих вертикально.

Капель при наклоне оболочки до 15 0 в любом направлении относительно нормального положения.

Инструмента, проволоки и твердых тел диаметром более 2,5 мм.

Дождь, падающий на оболочку под углом 60 0 от вертикали.

Проволоки, твердых тел размером более 1 мм.

Брызг, падающих на оболочку в любом направлении.

Пыли в количестве недостаточном для нарушения работы изделия.

Струй, выбрасываемых в любом направлении.

Защита от пыли полная ( пыленепроницаемые).

Волн (вода при волнении не должна попасть внутрь).

При длительном погружении в воду.

Для обозначения степени защиты используется аббревиатура «IP». Например: IP54.

Применительно к электрическим аппаратам существуют следующие виды исполнения:

1. Защищенные IP21, IP22 (не ниже).

2. Брызгозащищенные, каплезащищенные IP23, IP24

3. Водозащищеные IP55, IP56

4. Пылезащищеные IP65, IP66

5. Закрытое IP44 – IP54, у этих аппаратов внутренние пространство изолированно от внешней среды

6. Герметичное IP67, IP68. Эти аппараты выполнены с особо плотной изоляцией от окружающей среды.

Климатическое исполнение электрических аппаратов определяется ГОСТ 15150-69. В соответствии с климатическими условиями обозначается следующими буквами: У (N) – умеренный климат, ХЛ (NF) – холодный климат, ТВ (TH) – тропический влажный климат, ТС (ТА) – тропический сухой климат, О (U) – все климатические районы, на суше, реках и озерах, М – умеренный морской климат, ОМ – все районы моря, В – все макроклиматические районы на суше и на море.

Категории размещения электрических аппаратов :

1. На открытом воздухе,

2. Помещения, где колебания температуры и влажности не существенно отличаются от колебаний на открытом воздухе,

3. Закрытые помещения с естественной вентиляцией без искусственного регулирования климатических условий. Отсутствуют воздействия песка и пыли, солнца и воды (дождь),

4. Помещения с искусственным регулированием климатических условий. Отсутствуют воздействия песка и пыли, солнца и воды (дождь), наружного воздуха,

5. Помещения с повышенной влажностью (длительное наличие воды или конденсированной влаги)

Климатическое исполнение и категория размещения вводится в условное обозначение типа электротехнического изделия.

Выбор электрических аппаратов

Выбор электрических аппаратов представляет собой задачу, при решении которой должны учитываться:

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник