Opracowanie pytań z EUT

1. Skład napędu

Przez napęd należy rozumieć całokształt urządzenia składającego się z maszyny napędzanej, sprzęgieł i przekładni, jednego lub kilku elektrycznych silników napędzających oraz z przyrządów i urządzeń umożliwiających pracę całości.

W tym rozumieniu w skład napędu wchodzi również maszyna napędzana, która jednak będzie interesować nas tylko z punktu widzenia poboru energii mechanicznej dostarczanej przez silnik elektryczny oraz jej wpływu na warunki pracy silnika.

W skład układu napędowego wchodzą przyrządy i urządzenia rozruchowe, regulacyjne i zabezpieczeniowe, należące do wszystkich poszczególnych silników elektrycznych. Do układu napędowego zaliczamy także urządzenia pomocnicze, zapewniające bezpieczeństwo pracowników obsługujących silniki elektryczne.

2. Co to jest stan ustalony?

Stanem ustalonym w pracy układu elektrycznego nazywamy taki stan, w którym prędkość obrotowa n i prędkość kątowa ώ zespołu, mierzone w dowolnym punkcie układu, mają wartości stałe, a zatem gdy ich pierwsze pochodne względem czasu t są równe zeru.

W przypadku, gdy powyższe równania nie są spełnione, mamy do czynienia ze stanami przejściowymi ( nieustalonymi ).

3. Charakterystyki urządzeń napędzanych

Maszyny napędzane mają różne charakterystyki statyczne. Moment oporowy pochodzący od urządzenia napędzanego może być wielkością stałą lub zmienną. Zmienność momentu oporowego w funkcji czasu wiąże się przeważnie ze zmianami narzucanymi układowi elektromechanicznemu przez proces technologiczny. Moment oporowy może ulegać zmianom cyklicznym w funkcji drogi, jak to ma miejsce np. w mechanizmach o ruchu postępowo-zwrotnym, lub też może być zależny od prędkości obrotowej, jak np. w urządzeniach mechanicznych wirujących.

Maszyny napędzane o ruchu obrotowym charakteryzuje, między innymi, zmienność momentu oporowego w funkcji prędkości. Zależność momentu od prędkości nazywamy charakterystyką mechaniczną. Spotyka się urządzenia mechaniczne o różnorodnych charakterystykach mechanicznych. Większość, w przybliżeniu, urządzeń może być opisana wzorem ogólnym

W którym:

• M_m0 - moment oporowy wywołany tarciem w częściach ruchomych,

• M_mn - moment oporowy urządzenia przy prędkości znamionowej,

• n_n- prędkość znamionowa.

Wykładnik potęgowy X będzie miał zależnie od rodzaju urządzenia różne wartości. Należy zauważyć, że równanie (2.2) jest słuszne tylko wówczas, gdy n≠0. Jeżeli prędkość jest równa zeru, będzie występował inny moment oporowy, wywołany tarciem spoczynkowym. Moment ten w typowych łożyskach maszynowych jest większy od momentu tarcia ruchowego.

Można wyróżnić cztery grupy maszyn napędzanych, które opisane równaniem (2.2), różnić się będą wykładnikiem potęgowym X.

• Gdy X = 0, moment oporowy jest niezależny od prędkości wirowania (krzywa 1 na rys. 2-12). Do tej grupy należą takie urządzenia mechaniczne jak suwnice, dźwigi, maszyny wyciągowe, niektóre obrabiarki, walcarki, maszyny rotacyjne, przenośniki taśmowe.

• Gdy X = 1 moment oporowy zmienia się liniowo w funkcji prędkości (krzywa 2 na rys. 2-12). Taką charakterystykę mechaniczną będzie miała obcowzbudna prądnica prądu stałego, obciążona stałą rezystancją.

• Gdy X=2 uzyskuje się charakterystykę mechaniczną w kształcie paraboli (krzywa 3 na rys.2-12). Do tej grupy należą urządzenia oparte na zasadzie siły odśrodkowej, a mianowicie pompy odśrodkowe, wentylatory, turbosprężarki, śruby okrętowe. Taką charakterystykę nazywamy w praktyce wentylatorową.

• Gdy X=−1 uzyskuje się charakterystykę mechaniczną w kształcie hiperboli (krzywa 4 na ryz.2-12). Tego typu charakterystykę wykazują urządzenia do nawijania i rozwijania taśm i wstęg, spotykane w przemyśle hutniczym, włókienniczym, papierniczym, węglowym itp. Z punktu widzenia technologicznego wymaga się, aby siła naciągu na obwodzie bębna zwijarki lub rozwijarki i prędkość styczna były wielkościami stałymi. W miarę jak wzrasta promień nawijania, prędkość obrotowa powinna maleć a moment oporowy będzie wzrastał. Do tej grupy należą zwijarki, rozwijarki.

4. Co to jest moment reaktywny?
Istnieje jeszcze jedno kryterium podziału urządzeń napędzanych ze względu na rodzaj momentu oporowego. Moment oporowy urządzeń, które bez względu na kierunek ich wirowania są zawsze odbiornikami energii mają moment oporowy nazywany momentem reaktywnym. Charakterystyka M_m=f(n) takiego urządzenia na płaszczyźnie przebiega przez ćwiartkę pierwszą i trzecią, moc bowiem, która jest proporcjonalna do iloczynu momentu oraz prędkości przy obu kierunkach wirowania jest dodatnia. Moment oporowy reaktywny wykazuje np. urządzenie jazdy w poziomie mostu suwnicowego; przebieg jego jest pokazany na rys. 2-13.

W praktyce spotykamy również urządzenia mechaniczne o zmiennej energii potencjalnej. Dla przykładu rozpatrzymy pracę wciągarki w urządzeniach transportu pionowego. W trakcie podnoszenia ciężaru wzrasta jego energia potencjalna. Urządzenie jest odbiornikiem energii. Przy zmianie kierunku wirowania, w trakcie opuszczania ciężaru, mechanizm staje się wydajnikiem energii. Stąd wniosek, że ze zmianą kierunku wirowania zmienia się znak mocy na wale, a więc znak momentu oporowego nie ulega zmianie. Przebieg momentu oporowego aktywnego wciągarki, przy założeniu η = 1 pokazano na rys. 2-13.
5. Co to jest Moment dynamiczny?
Różnicę między momentem napędowym, a momentem oporowym nazywamy momentem dynamicznym M - M_m = M_d.

Jeżeli układ elektromechaniczny pracował w stanie ustalonym i w pewnej chwili jeden z momentów (napędowy bądź oporowy) uległ zmianie, powstaje moment dynamiczny i układ przechodzi w stan pracy nieustalonej.
6. Moment zredukowany
Równanie momentów M-M_m=M_d opisujące układ elektromechaniczny odnoszone jest przeważnie do wału silnika.

Ponieważ napędzane maszyny składają się bardzo często z wielu elementów połączonych ze sobą za pomocą mechanicznych przekładni i elementy te obciążone są różnymi momentami oporowymi, więc zachodzi konieczność przeliczenia wszystkich momentów na wał silnika i obliczenia ich sumy na wale.

Całkowity moment oporowy na wale silnika, a pochodzący od poszczególnych elementów układu mechanicznego nazywamy momentem zredukowanym.

Wyznaczanie momentu zredukowanego opiera się na równaniu mocy. Moc, którą wydaje silnik napędowy równa jest sumie mocy pobieranych przez poszczególne elementy napędzane danym silnikiem

Przy czym:

F - siła;

v- prędkość liniowa.

Zredukowany moment oporowy na wale silnika, przy pominięciu start w przekładni, wyniesie, zatem

7. Charakterystyki silników napędzających

1 - idealnie sztywna, 2 - sztywna, 3 - podatna

Zasadniczo spotykamy się z trzema rodzajami charakterystyk mechanicznych silników elektrycznych, a mianowicie: idealnie sztywną, sztywną i podatną (rys. 2-14).

Prędkość obrotowa silnika o charakterystyce mechanicznej idealnie sztywnej jest stała i nie zależy do wielkości rozwijanego momentu. Taką charakterystykę mają silniki synchroniczne.

Jeżeli ze wzrostem obciążenia prędkość obrotowa silnika maleje nieznacznie, praktycznie biorąc, liniowo, to mówimy, że charakterystyka mechaniczna silnika jest sztywna. Do grupy tej zaliczmy silniki bocznikowe prądu stałego, silniki asynchroniczne i silniki bocznikowe komutatorowe prądu przemiennego. Taką charakterystykę nazywamy często bocznikową. Jeżeli ze wzrostem obciążenia prędkość maleje bardzo znacznie, prawie hiperbolicznie, mówimy, że charakterystyka mechaniczna takiego silnika jest podatna (miękka). Charakterystykę mechaniczną podatną mają silniki szeregowe prądu stałego i komutatorowe prądu przemiennego, jednofazowe oraz trójfazowe.

8. Jednostki momentu bezwładności

N*m*s²

kg*m²

9. Co to jest moment bezwładności?

Moment bezwładności ciała wirującego względem osi przechodzącej przez punkt ciężkości jest równy sumie iloczynów poszczególnych cząstek masy przez kwadrat odległości każdej z tych cząstek od osi obrotu. Ogólne wyrażenie momentu bezwładności ma postać:

10.Opisac co to jest Przebieg pracy
przebieg pracy — sprecyzowane obciążenie (ewentualnie zestaw obciążeń), któremu maszyna jest poddawa­na z uwzględnieniem, jeśli to ma miejsce, okresów rozruchu, hamowania elektrycznego, biegu jałowego i postoju, a także czasu ich trwania i kolejności występowania
11. Co to jest Równowaga cieplna
równowaga cieplna — stan maszyny osiągnięty wówczas, gdy przyrosty temperatur różnych części maszyny nie zmieniają się o więcej niż o 2° C w ciągu jednej godziny
12. Co to jest Prąd zastępczy (prąd zrównoważony)
prąd zastępczy I_z o stałej wartości wy­dzieli w silniku taką samą ilość ciepła co prąd rzeczy­wisty o natężeniu zmiennym

13. Co to jest Charakterystyka mechaniczna naturalna (i sztuczna)
Rozróżniamy charakterystyki mechaniczne naturalne i sztuczne. Charakterystyką mechaniczną naturalną nazywamy taką charakterystykę, która występuje przy znamionowych parametrach sieci zasilającej, przy normalnym włączeniu oraz przy braku elementów dodatkowych w obwodach elektrycznych. Wszystkie inne charakterystyki mechaniczne nazywamy sztucznymi.

14. Opisać S4

Szereg identycznych okresów pracy, z których każdy obejmuje znaczący (ze względów cieplnych) czas rozruchu, czas pracy przy obciążeniu stałym i czas postoju.

υ_max - najwyższa temperatura osiągana w okresie pracy,

t_o — czas trwania okresu,

t_r - czas rozruchu,

t_p — czas pracy przy obciążeniu stałym,

t_s — czas postoju

względny czas obciążenia

15. Opisać S6

Szereg identycznych okresów pracy, z których każdy obejmuje czas pracy przy obciążeniu stałym i czas pracy przy biegu jałowym. W tym rodzaju pracy nie występuje czas postoju.

υ_max — najwyższa temperatura osiągana w okresie pracy,

t_o — czas trwania okresu,

t_p — czas pracy przy obciążeniu stałym,

t_j — czas pracy przy biegu jałowym

Względny czas obciążenia

16. Omówić regulacje na stały moment

Zmianie prędkości obrotowej uzyskuje się przez zmianę napięcia twornika, przy stałym strumieniu głównym i rezystancji dodatkowej równej 0, ponieważ charakterystyki są sztywne.

17. Warunki na moment przy doborze silnika

M_n - moment znamionowy

M_z - moment zastępczy

18. Omówić regulacje prędkości na stały Moment w ukł. Leonarda (2 pkt.))

Regulacja prędkości obrotowej przez zmianę napięcia doprowadzonego do wirnika tzn. przez zmianę prądu wzbudzenia prądnicy głównej :

Regulację prędkości silnika napędowego M (silnik prądu stałego)uzyskuje się w układzie Leonarda przez zmianę napięcia twornika prądnicy G (UWE) zasilającej bezpośrednio silnik M. Napięcie prądnicy (UWE) zmieniamy regulując rezystancję w obwodzie prądu wzbudzenia prądnicy G - (IFG). Przełączenie biegunowości uzwojenia wzbudzenia prądnicy G umożliwia zmianę kierunku wirowania silnika.

19. Klasy i temperatury dopuszczalne
Ze względu na wytrzymałość termiczną wszystkie odmiany izolacji stosowanych w budowie maszyn elektrycznych są wg odpowiednich przepisów podzielone na różne klasy lub rodzaje. Polska Norma rozróżnia pięć klas materiałów izolacyjnych, podając dopuszczalną temperaturę najgorętszego punktu maszyny:

Klasa A 105°C

Klasa E 120°C

Klasa B 130°C

Klasa F 150°C

Klasa H 175°C

20. Opisać Rozruch układu Leonarda

Najpierw uruchamia się silnik napędowy S prądnicy . Przez wyłączenie części rezystancji regulatora wzbudzenie wzbudnicy W doprowadza całkowite napięcie do pomocniczych szyn prądu stałego i wzbudzamy silnik napędowy M do wartości znamionowej.

Włączamy na szyny pomocnicze uzwojenie wzbudzające prądnicy G z włączoną rezystancja dodatkową o dużej wartości i zmniejszając te rezystancje powiększamy proporcjonalnie prąd magnesujący prądnicy. W ten sposób powiększamy SEM prądnicy i wartość napięcia doprowadzonego do wirnika silnika głównego.

---