Тест «Основы электропривода»
Внимание! Все тесты в этом разделе разработаны пользователями сайта для собственного использования. Администрация сайта не проверяет возможные ошибки, которые могут встретиться в тестах.
Тест по учебной дисциплине «Электротехника» для студентов первого курса СПО
Система оценки: 5* балльная
Список вопросов теста
Вопрос 1
Что называется электроприводом?
Варианты ответов
- электромеханическая система, преобразующая электроэнергию в механическую энергию одного или нескольких рабочих механизмов
- электромеханическая система, преобразующая электроэнергию в энергию магнитного поля одного или нескольких рабочих механизмов
- электромеханическая система, преобразующая механическую энергию одного или нескольких рабочих механизмов в электрическую энергию
Вопрос 2
Какова основная функция электропривода?
Варианты ответов
- приводить в движение рабочий механизм
- приводить в движение рабочий механизм и изменять режим его работы
- приводить в движение рабочий механизм и изменять режим его работы в соответствии с требованиями технологического процесса
Вопрос 3
Какое устройство не входит в состав электропривода?
Варианты ответов
- Контролирующее устройство
- Электродвигатель
- Управляющее устройство
- Рабочий механизм
Вопрос 4
Электрический преобразователь в электроприводе предназначен для…
Варианты ответов
- преобразования электрической энергии в механическую
- преобразования параметров электрической энергии (тока, напряжения, частоты)
- преобразования механической энергии в электрическую
Вопрос 5
Электродвигатель предназначен для…
Варианты ответов
- преобразования механической энергии в электрическую
- изменения параметров электрической энергии
- преобразования электрической энергии в механическую
- повышения коэффициента мощности линий электропередачи
Вопрос 6
В электроприводах используют двигатели…
Варианты ответов
- только постоянного тока
- только переменного тока
- постоянного и переменного тока
- внутреннего сгорания
Вопрос 7
Передаточное устройство предназначено для…
Варианты ответов
- передачи механической энергии от электродвигательного устройства к исполнительным органам рабочей машины
- передачи сигналов обратной связи
- передачи электрической энергии к электродвигателю
- передачи электрической энергии к управляющему устройству
Вопрос 8
Механическая часть электропривода включает?
Варианты ответов
- информационное устройство
- исполнительный орган
- все движущиеся элементы механизма – ротор двигателя, передаточное устройство, исполнительный механизм, на который передается полезный механический момент
- все ответы правильны
Вопрос 9
Какова классификация электропривода?
Варианты ответов
- групповой, индивидуальный
- взаимосвязанный; групповой
- индивидуальный; взаимосвязанный; групповой
Вопрос 10
Сколько электродвигателей входит в электропривод?
Варианты ответов
- Один
- Два
- Несколько
- Количество электродвигателей зависит от типа электропривода
Вопрос 11
Режим работы электродвигателя при неизменной нагрузке, продолжающийся столько времени, что превышение температуры всех частей двигателя достигает установившихся значений называется
Варианты ответов
- кратковременный
- повторно-кратковременный
- продолжительный
Вопрос 12
Режим работы электродвигателя, при котором рабочие периоды с неизменной номинальной нагрузкой чередуются с периодами отключения машины; при этом периоды нагрузки (рабочие периоды) недлительны и превышение температуры не достигает установившегося значения, а периоды паузы позволяют двигателю охладиться до температуры окружающей среды называется…
Варианты ответов
- кратковременный
- повторно-кратковременный
- продолжительный
Вопрос 13
Режим работы электродвигателя, при котором периоды неизменной номинальной нагрузки (рабочие периоды) чередуются с периодами отключения машины (паузами), причем как рабочие периоды, так и паузы не настолько длительны, чтобы превышение температуры могло достигнуть установившихся значений как при нагреве, так и при охлаждении называется…
Варианты ответов
- продолжительный
- кратковременный
- повторно-кратковременный
Вопрос 14
ГОСТом установлено, что для повторно-кратковременного режима работы электродвигателя продолжительность цикла не превышает…
Варианты ответов
- 5 мин
- 15 мин
- 20 мин
- 10 мин
Вопрос 15
Промышленность выпускает электродвигатели со стандартной продолжительностью рабочего периода…
Варианты ответов
- 20, 40, 70 и 100 мин
- 15, 30, 60 и 90 мин
- 5, 15, 25 и 50 мин
- 1, 3, 5 и 9 мин
Вопрос 16
В каком режиме работают электроприводы кранов, лифтов, лебедок?
Варианты ответов
- В продолжительном режиме
- В повторно- кратковременном режиме
- В кратковременном режиме
Вопрос 17
Электроприводы разводных мостов, шлюзов предназначены для работы:
Варианты ответов
- В продолжительном режиме
- В повторно- кратковременном режиме
- В кратковременном режиме
Вопрос 18
При каком режиме работы электропривода двигатель должен рассчитываться на максимальную мощность?
Варианты ответов
- В продолжительном режиме
- В повторно- кратковременном режиме
- В кратковременном режиме
Вопрос 19
Продолжительный режим работы электропривода не свойственен…
Варианты ответов
- насосам
- вентиляторам
- зерноочистительным машинам
- подъёмно-транспортным механизмам
Тесты по электроприводу. Тестовые задания по электроприводу Основы электропривода
а. зависимость скорости двигателя от момента вращения
35. Характеристики электродвигателя, полученные при номинальных параметрах электродвигателя и отсутствии в его цепях добавочных сопротивлений, называются…
а. параметрическими
36. Искусственные механические характеристики двигателя постоянного тока можно получить за счет изменения…
а. только напряжения питающей сети U и магнитного потока возбуждения Ф
а. только напряжения питающей сети U и включения добавочного сопротивления R в цепь якоря двигателя
а. только магнитного потока возбуждения Ф и путем включения добавочного сопротивления R в цепь якоря двигателя
*а. напряжения питающей сети U, магнитного потока возбуждения Ф и путем включения добавочного сопротивления R в цепь якоря двигателя
37. Скорость идеального холостого хода двигателя постоянного тока не зависит от…
а. напряжения питающей сети
а. магнитного потока возбуждения
*а сопротивления якорной цепи
а. конструктивных параметров двигателя
38. При введении добавочного сопротивления в цепь якоря электродвигателя постоянного тока…
а. изменяется скорость идеального холостого хода
*а. изменяется жёсткость механической характеристики
а. изменяется скорость идеального холостого хода и жёсткость механической характеристики
а. ничего не происходит
39. При изменение напряжения питающей сети двигателя постоянного тока…
*а. изменяется скорость идеального холостого хода
а. изменяется жёсткость механической характеристики
а. изменяется скорость идеального холостого хода и жёсткость механической характеристики
а. ничего не происходит
40. При изменении магнитного потока возбуждения двигателя постоянного тока…
а. изменяется скорость идеального холостого хода
а. изменяется жёсткость механической характеристики
*а. изменяется скорость идеального холостого хода и жёсткость механической характеристики
а. ничего не происходит
41. Режим электродвигателя, при котором создаваемый им момент противодействует движению рабочей машины называется…
а. холостым ходом
42. Режим торможения не свойственный двигателю постоянного тока называется…
а. рекуперативное торможение
а. динамическое торможение
*а. сверхсинхронное торможение
43. Режим торможения возникающий во всех случаях, когда скорость вращения двигателя постоянного тока оказывается выше скорости идеального холостого хода называется…
а. торможением противовключением
а. сверхсинхронным торможением
44. Режим торможения получаемый при отключении якоря двигателя от сети и включении его на резистор называется…
а. торможением противовключением
а. сверхсинхронным торможением
45. Режим торможения, при котором обмотки двигателя включены для одного направления вращения, а якорь двигателя под воздействием внешнего момента или сил инерции вращается в противоположную сторону, называется
*а. торможением противовключением
а. сверхсинхронным торможением
- Характеристики и режимы работы асинхронных электродвигателей
46. Основными электродвигателями, которые наиболее широко используются как в промышленности, так и в агропромышленном производстве являются…
а. синхронные двигатели
а. двигатели постоянного тока независимого возбуждения
*а. асинхронные двигатели
а. двигатели постоянного тока последовательного возбуждения
47. Критическим моментом асинхронного двигателя называется момент…
а. номинальный
48. Скольжение асинхронного двигателя — это…
а. амплитуда колебания электродвигателя при неполной затяжке лап статора
а. мера того, насколько ротор опережает в своем вращении магнитное поле статора
а. контактное сопротивление, образующееся при скольжении щёток по контактным кольцам
*а. мера того, насколько ротор отстает в своем вращении от вращения магнитного поля статора
49. Угловая скорость вращения магнитного поля статора обозначается…
а. S
50. Скорость вращения магнитного поля статора зависит…
а. от напряжения и числа пар полюсов
*а. от частоты тока питающей сети и числа пар полюсов двигателя
а. только от числа пар полюсов двигателя
а. только от частоты тока питающей сети
51. Искусственные механические характеристики асинхронных двигателей не получают с помощью…
а. изменения напряжения питающей сети
а. изменения частоты тока питающей сети
*а. изменения момента сопротивления
а. введения добавочных сопротивлений
52. момент, развиваемый двигателем, изменяется…
а. пропорционально частоте
а. обратно пропорционально силе тока
а. пропорционально скорости двигателя
*а. пропорционально квадрату напряжения
53. Изменение напряжения сети влияет на…
*а. момент двигателя и не влияет на его критическое скольжение
а. критическое скольжение и не влияет на момент двигателя
а. момент двигателя и на его критическое скольжение
а. не влияет не на момент двигателя не на его критическое скольжение
54. Добавочные сопротивления вводят в цепь статора…
а. только для уменьшения пусковых значений тока
*а. для уменьшения пусковых значений тока и момента
а. только для уменьшения пусковых момента
а. только для увеличения пускового момента
55. При введении добавочного сопротивления в цепь статора асинхронного двигателя не изменяется…
а. момент пусковой
а. момент критический
*а. синхронная скорость
а. критическая скорость
56. Включение добавочного сопротивления в цепь ротора асинхронного двигателя…
а. возможно для двигателей с короткозамкнутым и фазным ротором
*а. возможно для двигателя с фазным ротором
57. При включении добавочного сопротивления в цепь ротора асинхронного двигателя остаётся неизменным…
*а. критический момент
а. пусковой момент
а. критическое скольжение
а. номинальный момент
58. Механическая характеристика асинхронного двигателя строится по…
V. Тормозные режимы асинхронного двигателя
59. Для асинхронного двигателя не приемлем следующий вид электрического торможения…
а. торможение противовключением
60. Режим сверхсинхронного торможения у асинхронных двигателей возникает…
а. при скорости ниже синхронной
а. при номинальной скорости
а. при нулевой скорости
*а. при скорости выше синхронной
61. Режим сверхсинхронного торможения ещё называют…
а. обратным
62. В режиме сверхсинхронного торможения ЭДС двигателя…
а. меньше напряжения сети
*а. больше напряжения сети
а. равно напряжению сети
а. равно 0
63. Для перевода асинхронного двигателя в режим противовключения необходимо изменить порядок подключения фаз обмоток статора путем переключения…
а. только фазы А и фазы В между собой
а. только фазы В и фазы С между собой
*а. двух любых фаз между собой
а. всех трёх фаз между собой
64. В режиме противовключения асинхронного двигателя вращающееся магнитное поле…
а. продолжает вращаться в том же направлении
а. переходит в пульсирующий режим
*а. меняет направление вращения
65. Если в режиме торможения противовключением асинхронный двигатель в момент остановки не отключить от сети, то произойдёт…
*а. разгон двигателя в противоположном направлении
а. перегрев обмоток двигателя
а. межвитковое короткое замыкание
а. переход в неполнофазный режим
66. Динамическое торможение асинхронного двигателя осуществляется…
а. сменой двух любых фаз на клеммах статора
*а. включением обмотки статора на сеть постоянного тока
а. повышением момента нагрузки
а. сменой полюсов на обмотке ротора
67. При динамическом торможении асинхронного двигателя с фазным ротором обмотка ротора…
а. замыкается накоротко
а. подключается к трёхфазной сети
*а. замыкается на внешнее сопротивление
а. подключается к сети постоянного тока
VI. Регулирование скорости в электроприводах
68. В критерии регулирования скорости в электроприводах не входит…
*а. резкость
69. Диапазон регулирования скорости в электроприводах определяется отношением максимальной скорости вращения двигателя…
*а. к минимальной
а. к номинальной
а. к текущей
70. Плавность регулирования скорости в электроприводах характеризуется…
а. отношение максимальной скорости к минимальной
*а. количеством ступеней скорости внутри диапазона регулирования
а. стабильностью работы системы при изменении нагрузки
а. диапазоном регулирования напряжения сети
71. Коэффициент плавности регулирования скорости в электроприводах определяется как…
а. разница между синхронной скоростью двигателя и скоростью ротора
а. отношение момента нагрузки к моменту двигателя
*а. отношение двух соседних значений скоростей
а. разница между двумя соседними скоростями
72. Плавность регулирования скорости в электроприводах растёт если…
а. коэффициент плавности стремится к бесконечности
а. коэффициент плавности стремится к нулю
а. коэффициент плавности стремится к значению синхронной скорости
*а. коэффициент плавности стремится к еденице
73. Стабильность работы на заданной скорости в электроприводах зависит от…
*а. жёсткости механической характеристики
а. плавности регулирования скорости
а. пускового момента двигателя
74. Стабильность работы на заданной скорости в электроприводах характеризуется…
а. изменением скорости при заданном отклонении момента двигателя
*а. изменением скорости при заданном отклонении момента нагрузки
а. изменением момента нагрузки при заданном отклонении скорости
а. изменением момента двигателя при заданном отклонении скорости
75. Виды направления регулирования скорости в электроприводах не включают в себя…
а. однозонное вниз
а. однозонное вверх
76. Допустимая нагрузка электропривода зависит от…
а. частоты тока питающей сети
а. напряжения питания
а. диапазона регулирования скорости
*а. нагрева электродвигателя
77. Способ, не относящийся к способам регулирования скорости двигателей постоянного тока, называется…
*а. изменение частоты тока питающей сети
а. введение добавочного сопротивления в цепь якоря
а. изменение магнитного потока двигателя
а. изменение подводимого к якорю двигателя напряжения
78. Регулирование скорости двигателя постоянного тока введением добавочного сопротивления в цепь якоря приводит к…
а. увеличению жёсткости механической характеристики
*а. снижению жёсткости механической характеристики
а. сохранению жёсткости на постоянном уровне
а. повышению стабильности работы двигателя
79. Снижение жёсткости механической характеристики двигателя постоянного тока приводит к…
а. повышению стабильности работы двигателя
а. сохранению стабильности работы двигателя на постоянном уровне
*а. снижению стабильности работы двигателя
а. неконтролируемому колебанию стабильности работы двигателя
80. Работа двигателя постоянного тока с добавочным сопротивлением в цепи якоря является не экономичным в связи с…
а. большими эксплуатационными затратами на обслуживание добавочных сопротивлений
а. необходимостью в высоко квалифицированном обслуживающем персонале
а. высокой стоимостью добавочных сопротивлений
*а. значительными потерями энергии на дополнительное сопротивление
81. Ток возбуждения двигателя постоянного тока регулируется…
*а. с помощью реостатов или регуляторов напряжения
а. с помощью частотных преобразователей
а. с помощью батарей конденсаторов
а. с помощью дросселей
82. Ослабление магнитного потока обмотки возбуждения двигателя постоянного тока приводит к…
а. уменьшение скорости двигателя
*а. увеличение скорости двигателя
а. стабилизации скорости на одном уровне
а. экстренному торможению двигателя
83. В систему «генератор — двигатель», позволяющую регулировать скорость двигателя постоянного тока изменением подводимого к якорю напряжения, не входит…
а. асинхронный двигатель
а. двигатель постоянного тока
*а. асинхронных генератор
а. генератор постоянного тока
84. К способам регулирования скорости асинхронного двигателя не относится…
а. изменение напряжения
а. смена числа пар полюсов
а. реостатное регулирование
*а. смена полярности на обмотке якоря
85. Регулирование скорости введением активного сопротивления в цепь ротора асинхронного двигателя…
*а. возможно только для асинхронного двигателя с фазным ротором
а. возможно для всех асинхронных двигателей
а. не возможно
86. Синхронная скорость асинхронного двигателя с двумя парами полюсов равна…
а. 750
87. При увеличении числа полюсов асинхронного двигателя в 2 раза его синхронная скорость…
а. уменьшается в 2 раза
*а. увеличивается в 2 раза
а. увеличивается в 4 раза
88. При частотном способе регулирования скорости асинхронного двигателя вместе с ростом частоты необходимо…
а. повышать сопротивление обмотки статора
а. снижать нагрузку
а. снижать напряжение
*а. повышать напряжение
89. При регулировании скорости асинхронного двигателя за счет изменения напряжения питающей сети момент двигателя изменяется…
*а. пропорционально квадрату напряжения
а. пропорционально напряжению
а. обратно пропорционально квадрату напряжения
а. обратно пропорционально напряжению
VII. Нагрев и охлаждение электродвигателей
90. Наибольшая допустимая температура нагрева двигателя ограничивается…
а. температурой плавления обмоток
*а. термической стойкостью его изоляции
а. механической стойкостью подшипников
а. уставкой тепловой отсечки теплового реле
91. Нагрев двигателя обусловлен рядом факторов, в которые не входит…
а. потери энергии в обмотках статора и ротора
а. потери на гистерезис и вихревые токи
*а. потери электроэнергии в проводах питающей линии
а. трение в подшипниках
92. Повышение температуры электродвигателя продолжается до тех пор, пока…
а. электродвигатель включен в сеть электропитания
а. электродвигатель не достигнет скорости холостого хода
*а. количество теплоты, отдаваемое поверхностью электродвигателя, не станет равным количеству теплоты, выделяемому электродвигателем
а. механическая мощность электродвигателя не станет равной электрической мощности, потребляемой из сети
93. Предельно допустимое превышение температура обмотки двигателя над температурой окружающей среды определяется разностью между предельно допустимой температурой изоляции двигателя и стандартной температурой окружающей среды, которая равна…
*а. 40 ᵒС
94. Согласно ГОСТ 183-66 изоляционные материалы, применяемые в электрических машинах и аппаратах, делятся по нагревостойкости на…
а. категории
95. Электродвигатели сельскохозяйственного назначения изготовляются с изоляцией по нагревостойкости класса…
а. С
96. Предельно допустимая температура нагрева обмоток электродвигателя класса F, как наиболее примирительного в сельском хозяйстве равна…
а. 180 ᵒС
97. На практике нагрев электродвигателя считается законченным, когда температура достигает…
а. 0,85…0,87 установившегося значения температуры
а. 0,87…0,92 установившегося значения температуры
а. 0,92…0,95 установившегося значения температуры
*а. 0,95…0,98 установившегося значения температуры
98. Нагрузочная диаграмма электропривода представляет собой зависимость нагрузки электропривода от…
а. момента двигателя
а. напряжения
99. ГОСТом предусматривается количество номинальных режимов работы электрических приводов равное…
а. 6
100. Режимы работы электроприводов обозначаются буквой…
a. W
101. Одним из основных номинальных режимов работы электропривода не являются…
*а. повторно-кратковременный с пусками
102. Температуру электродвигателя считают установившейся, если в течение часа работы двигателя она увеличивается не более чем на…
а. 20 ᵒС
103. Установившееся значение температуры электродвигателя наступает через промежуток времени равный…
а. 10ТН
104. Режим работы электродвигателя при неизменной нагрузке, продолжающийся столько времени, что превышение температуры всех частей двигателя достигает установившихся значений называется…
а. повторно-кратковременный с пусками
105. Продолжительный режим работы электропривода не свойственен…
а. зерноочистительным машинам
*а. подъёмно-транспортным механизмам
106. Режим работы электродвигателя, при котором рабочие периоды с неизменной номинальной нагрузкой чередуются с периодами отключения машины; при этом периоды нагрузки (рабочие периоды) недлительны и превышение температуры не достигает установившегося значения, а периоды паузы позволяют двигателю охладиться до температуры окружающей среды называется…
а. повторно-кратковременный с пусками
107. Промышленность выпускает электродвигатели со стандартной продолжительностью рабочего периода…
а. 20, 40, 70 и 100 мин
*а. 10, 30, 60 и 90 мин
а. 5, 15, 25 и 50 мин
а. 1, 3, 5 и 9 мин
108. Режим работы электродвигателя, при котором периоды неизменной номинальной нагрузки (рабочие периоды) чередуются с периодами отключения машины (паузами), причем как рабочие периоды, так и паузы не настолько длительны, чтобы превышение температуры могло достигнуть установившихся значений как при нагреве, так и при охлаждении называется…
а. повторно-кратковременный с пусками
109. ГОСТом установлено, что для повторно-кратковременного режима работы электродвигателя продолжительность цикла не превышает…
*а. 10 мин
110. Для повторно-кратковременного режима работы электродвигателя относительная продолжительность включения ПВ составляет…
*а. 15, 25, 40 и 60%
а. 10, 20, 50 и 90%
а. 25, 50, 75 и 100%
111. Если при работе двигателя момент и мощность рабочей машины не изменяются, то двигатель выбирают с номинальной мощностью, равной мощности нагрузки рабочей машины, делённой на…
а. КПД электродвигателя
а. КПД источника электрической энергии
а. коэффициент активной мощности
112. Мощность электродвигателя выбираемого для электропривода насоса не зависит от…
а. производительности насоса
а. напора насоса
*а. КПД электродвигателя
а. плотности перекачиваемой жидкости
113. При переменной продолжительной нагрузке нагрузка на валу электродвигателя может периодически меняться, при этом периодически меняются…
а. частота тока питающей сети
а. амплитуда напряжения питающей сети
а. коэффициент активной мощности электродвигателя
*а. потери мощности в электродвигателе
114. Для проверки выбранного электродвигателя по нагреву на практике используют методы эквивалентных величин, в которые не входит…
*а. метод эквивалентного напряжения
а. метод эквивалентного тока
а. метод эквивалентного момента
а. метод эквивалентной мощности
115. При проверке электродвигателя по нагреву с помощью метода эквивалентного тока необходимо что бы номинальный ток предварительно выбранного по каталогу электродвигателя был по отношению к эквивалентному току…
а. больше не менее чем в 2 раза
*а. больше или равен
а. меньше или равен
а. меньше
116. При проверке электродвигателя по нагреву с помощью метода эквивалентного момента необходимо что бы номинальный момент предварительно выбранного по каталогу электродвигателя был по отношению к эквивалентному моменту…
а. больше не менее чем в 2 раза
а. меньше или равен
*а. больше или равен
а. меньше
117. При проверке электродвигателя по нагреву с помощью метода эквивалентной мощности необходимо что бы номинальная мощность предварительно выбранного по каталогу электродвигателя был по отношению к эквивалентной мощности…
а. больше не менее чем в 2 раза
а. меньше или равна
*а. больше или равна
118. Если для кратковременного режима выбрать электродвигатель, предназначенный для работы в продолжительном режиме, но с мощностью кратковременного режима работы, то…
*а. электродвигатель недоиспользуется по тепловому режиму
а. электродвигатель быстро перегреется
а. электродвигатель не сможет преодолеть момент сопротивления при пуске
а. электродвигатель будет работать в режиме холостого хода
119. При расчётах электропривода принимают, что минимальный пусковой момент двигателя, с учетом возможного снижения напряжения, больше статического момента рабочей машины при пуске в…
Режимы работы электроприводов
Возможные режимы работы электроприводов отличаются огромным многообразием по характеру и длительности циклов, значениям нагрузок, условиям охлаждения, соотношения потерь в период пуска и установившегося движения и т.п., поэтому изготовление электродвигателей для каждого из возможных режимов работы электропривода не имеет практического смысла.
На основании анализа реальных режимов выделен специальный класс режимов —номинальные режимы, для которых проектируются и изготавливаются серийные двигатели.
Данные, содержащиеся в паспорте электрической машины, относятся к определенному номинальному режиму и называются номинальными данными электрической машины. Заводы-изготовители гарантируют при работе электродвигателя в номинальном режиме при номинальной нагрузке полное использование его в тепловом отношении.
Действующим ГОСТ предусматриваются 8 номинальных режимов, которые в соответствии с международной классификацией имеют условные обозначения S1 — S8.
Продолжительный режим работы S1
— работа машины при неизменной нагрузке достаточно длительное время для достижения неизменной температуры всех ее частей.
Enlarge this image
Продолжительный режим работы электродвигателя S1
Кратковременный режим работы S2
— работа машины при неизменной нагрузке в течение времени, недостаточного для достижения всеми частями машины установившейся температуры, после чего следует остановка машины на время, достаточное для охлаждения машины до температуры, не более чем на 2°С превышающей температуру окружающей среды.
Для кратковременного режима работы нормируется продолжительность рабочего периода 15, 30, 60, 90 мин.
Enlarge this image
Кратковременный режим работы электродвигателя S2
Повторно-кратковременный режим работы S3
— последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает время работы при неизменной нагрузке, за которое машина не нагревается до установившейся температуры, и время стоянки, за которое машина не охлаждается до температуры окружающей среды.
В этом режиме цикл работы таков, что пусковой ток не оказывает заметного влияния на превышение температуры. Продолжительность цикла недостаточна для достижения теплового равновесия и не превышает 10 мин. Режим характеризуется величиной продолжительности включения в процентах:
ПВ = (tр / (tр + tп)) х 100%
Enlarge this image
Повторно-кратковременный режим работы электродвигателя S3
Нормируемые значения продолжительности включения: 15, 25, 40, 60 %, или относительные значения продолжительности рабочего периода: 0,15; 0,25; 0,40; 0,60.
Для режима S3 номинальные данные соответствуют только определенному значению ПВ и относятся к рабочему периоду.
Режимы S1 — S3 являются в настоящее время основными, номинальные данные на которые включаются отечественными электромашиностроительными заводами в каталоги и паспорт машины.
Номинальные режимы S4 — S8 введены для того, чтобы впоследствии упростить задачу эквивалентирования произвольного режима номинальным, расширив номенклатуру последних.
Повторно-кратковременный режим работы с влиянием пусковых процессов S4 — последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает время пуска, достаточно длительное для того, чтобы пусковые потери оказывали влияние на температуру частей машины, время работы при постоянной нагрузке, за которое машина не нагревается до установившейся температуры, и время стоянки, за которое машина не охлаждается до температуры окружающей среды.
Enlarge this image
Повторно-кратковременный режим с влиянием пусковых процессов
S4: tп и tн -время пуска и торможения
Повторно-кратковременный режим с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S5 — последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает достаточно длительное время пуска, время работы при постоянной нагрузке, за которое машина не нагревается до установившейся температуры, время быстрого электрического торможения и время стоянки, за которое машина не охлаждается до температуры окружающей среды.
Enlarge this image
Повторно-кратковременный режим с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S5
Перемежающийся режим работы S6 — последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает время работы с постоянной нагрузкой и время работы на холостом ходу, причем длительность этих периодов такова, что температура машины не достигает установившегося значения.
Enlarge this image
Перемежающийся режим работы S6: to — время холостого хода
Перемежающийся режим с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S7 — последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает достаточно длительный пуск, работу с постоянной нагрузкой и быстрое электрическое торможение. Режим не содержит пауз.
Enlarge this image
Перемежающийся режим работы с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S7
Перемежающийся режим с периодически изменяющейся частотой вращения S8 — последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает время работы с неизменной нагрузкой и неизменной частотой вращения, затем следует один или несколько периодов при других постоянных нагрузках, каждой из которых соответствует своя частота вращения (например, этот режим реализуется при переключении числа пар полюсов асинхронного двигателя). Режим не содержит пауз.
Enlarge this image
Перемежающийся режим работы с периодически изменяющейся частотой вращения S8
Учет режима работы имеет большое значение при подборе двигателя. Мощности двигателей, указанные в каталогах, приведены для режима S1 и нормальных условий работы, кроме двигателей с повышенным скольжением.
Если двигатель работает в режиме S2 или S3, он нагревается меньше, чем в режиме S1, и поэтому он допускает большую мощность на валу.
При работе в режиме S2 допустимая мощность может быть повышена на 50 % при длительности нагружения 10 мин, на 25 % — при длительности нагружения 30 мин, на 10% — при длительности нагружения 90 мин.
Для режима S3 рекомендуются двигатели с повышенным скольжением.
Двигатель для электропривода — выбор мощности, вида, типа и метода управления
В мире ежегодно выпускается порядка семи миллиардов электродвигателей. Они потребляют около 70% общего количества произведенной электроэнергии. Поэтому в настоящее время остро стоит задача оптимального управления электродвигателями не только с технологической точки зрения, но и с точки зрения экономии электроэнергии. Цель данной работы — показать читателю, как правильно выбрать мощность, вид, тип и метод управления двигателя для электропривода. Работа двигателя, как и любого электромеханизма, сопровождается потерями части электроэнергии, которая превращается в тепловую, и, соответственно, двигатель нагревается. При этом мощность потерь DР определяется как: где Р — мощность на валу двигателя; . — коэффициент полезного действия (КПД) двигателя. Отсюда следует, что с ростом нагрузки температура двигателя и его изоляции возрастает и может достигнуть недопустимых значений. Температура двигателя определяется не только нагрузкой, она зависит и от температуры окружающей среды. При расчетах температуру окружающей среды принимают равной 40 °С. Разность между температурами двигателя и окружающей среды называют температурой перегрева .. Так, например, для изоляции класса «А» (пропитанные волокнистые материалы) допустимая температура перегрева 65 °С. В процессе работы двигателя часть теплоты идет на его нагревание, а часть излучается в окружающее пространство. Когда температура двигателя достигает определенного значения, процесс нагревания прекращается, и вся теплота, выделяющаяся в двигателе, излучается в окружающее пространство. Установившаяся температура перегрева определяется по формуле: где А — коэффициент теплоотдачи, Вт/град. Изменение температуры двигателя при его нагревании и охлаждении происходит по экспоненте: при нагревании при охлаждении где τнач — начальная температура перегрева; Тохл = С/ Аохл — постоянная времени охлаждения двигателя (здесь С — теплоемкость двигателя, Вт·с/град); Аохл — постоянный конструктивный коэффициент. На рис. 1 приведены кривые нагревания и охлаждения, соответствующие приведенным экспоненциальным формулам. Практически нагревание двигателя заканчивается через время tн = (3 – 5) Тн, а охлаждение — через время tохл = (3 – 5) Тохл. Скорость охлаждения зависит от способа вентиляции и ее интенсивности. В двигателях с самовентиляцией условия охлаждения значительно хуже, чем в двигателях с принудительным охлаждением. Поэтому Тохл в двигателях с самовентиляцией в 2–3 раза больше Тн. Оптимальный выбор мощности электродвигателя для привода должен удовлетворять следующим требованиям:
- Надежность в работе.
- Возможность работоспособного состояния в различных условиях.
- Экономичность в эксплуатации.
При использовании двигателя большей мощности, чем это предусматривается условиями эксплуатации, появляются энергии — это обуславливает дополнительные капитальные вложения, увеличение массы и габаритов двигателя. Особенно это неприемлемо для бортовых электроприводов. При установке электродвигателя с меньшей мощностью снижается производительность электропривода, и его работа становится менее надежной. В этом случае сам электродвигатель может быть поврежден. Электродвигатель необходимо выбирать так, чтобы его мощность использовалась как можно интенсивнее. Во время работы двигатель не должен нагреваться до предельно допустимой температуры, в крайнем случае, на очень непродолжительное время. Кроме того, двигатель должен нормально работать при возможных временных перегрузках и развивать пусковой момент на валу такой, какой требуется для нормального функционирования исполнительного механизма. В соответствии с этим мощность двигателя выбирается в большинстве случаев на основании условий нагревания до предельно допустимой температуры. Производится так называемый выбор мощности по нагреву. Затем осуществляется проверка соответствия перегрузочной способности двигателя условиям пуска машины и временным перегрузкам. Иногда, при большой кратковременной перегрузке, приходится выбирать двигатель исходя из требуемой максимальной мощности. В подобных условиях максимальная мощность двигателя длительное время, как правило, не используется. Выбор мощности для привода с продолжительным режимом работы при постоянной или незначительно меняющейся нагрузке на валу довольно прост. В этом случае мощность двигателя должна быть равна мощности нагрузки, а проверки на перегрев и перегрузку во время работы электропривода не нужны (это объясняется изначально определенными условиями работы электродвигателя). В то же время необходимо проверить, достаточен ли пусковой момент на валу двигателя для пусковых условий данной электрической машины. Мощность продолжительной нагрузки определяется на основании проверенных практикой теоретических расчетов. Рассмотрим конкретный пример. Например, мощность двигателя для вентилятора в кабине экипажа можно определить как где V — количество нагнетаемого воздуха, м3/с2; Δр — перепад давления, Па; ηвен — коэффициент полезного действия (КПД) вентилятора (у крыльчатых вентиляторов он равен 0,2–0,35); ηпер — КПД передачи от двигателя к крыльчатке вентилятора. В приведенной формуле произведение VΔp представляет собой полезную мощность вентилятора, а 1000 — коэффициент для перевода мощности в киловатты. В инженерных расчетах для определения мощности электродвигателя привода при продолжительной его работе используют электрические (полученные экспериментальным путем) формулы, проверенные длительной практикой. При кратковременном, повторно-кратковременном и продолжительном с переменной нагрузкой режимах работы электропривода важно знать закон изменения во времени превышения температуры двигателя над температурой окружающей среды. Электрическая машина с точки зрения нагревания представляет собой весьма сложное тело. Тем не менее, при инженерных расчетах, не требующих большой точности, можно считать электрическую машину однородным телом. Это дает возможность применить к ней упрощенное уравнение нагревания где С — теплоемкость электрической машины; Н — теплоотдача машины; Q0 — теплота, выделяемая в машине в единицу времени. Рассмотрим два крайних случая: t = ∞ и t = 0. При t = ∞ получим: Отсюда Vmax=Q0 / H, на основании чего получаем Vmaxdt = (C / H) dV + Vdt. Решая это уравнение методом разделения переменных, получаем где τ = C / H — постоянная времени нагрева машины, определяемая экспериментально. При t = 0 начальное превышение температуры будет V = V0, на основании чего постоянная А = Vmax – V0, а закон нарастания превышения температуры машины будет иметь вид Таким образом, превышение температуры машины V над температурой окружающей среды возрастает по показательному закону, стремясь к значению Vmax. Значение начального превышения температуры V0 лишь изменяет скорость нарастания температуры, что не влияет на характер процесса (рис. . 2). Наибольшее допустимое для данной машины превышение температуры равно Vном. Прямая, параллельная оси абсцисс Vном, пересекает в разных точках кривые V (t), соответствующие различным значениям нагрузки электродвигателя. Абсцисса точки пересечения определяет тот промежуток времени tk, в течение которого мощность двигателя может быть временно равна мощности Рк, представляющей собой перегрузку по отношению к его номинальной мощности в продолжительном режиме работы. Кривая нагревания, асимптотически приближающаяся к Vном через промежуток времени tn, соответствует номинальной мощности электродвигателя Рном. При нагрузках, меньших Рном, мощность двигателя используется не полностью. Однако, если двигатель загружается до номинальной мощности только на относительно короткое время, то по сути он тоже используется не на полную мощность. Целесообразно его кратковременно перегрузить, и чем меньше продолжительность работы, тем больше должна быть эта перегрузка. Предел повышения нагрузки двигателя по мере уменьшения продолжительности включения определяется мгновенной перегрузочной мощностью двигателя, зависящей от его электромагнитных, механических и коммутационных свойств (максимального момента мощности на валу у асинхронного двигателя, условий коммутации щеточно-коллекторного узла у машин постоянного тока и т. п.). При повторно-кратковременном режиме электродвигатель попеременно то нагревается, то охлаждается. Изменение его температуры в течение времени каждого цикла «включение/ выключение» зависит от предыдущего теплового состояния. График зависимости нагревания и охлаждения машины от времени в подобных условиях показан на рис. 4. Конечное превышение температуры каждой части этого цикла является начальным превышением температуры для последующей части цикла. Если во время той или иной части цикла наступает заметное изменение условий охлаждения электрической машины (остановка двигателя или существенное изменение частоты вращения ротора), то это изменяет значение постоянной времени нагрева машины τ, что должно быть учтено при построении графиков. Рассмотренные методы определения мощности электродвигателя по температурным условиям посредством построения графиков нагревания требуют значительной затраты времени и трудоемких аналитических расчетов. В то же время графический метод сам по себе содержит систематические ошибки и, в конце концов, не дает точных результатов. Графические методы приведены лишь для того, чтобы показать картину изменения нагрева двигателя при переменной нагрузке. В большинстве случаев для такого выбора мощности электродвигателя применяются более простые, так называемые инженерные расчеты, в частности, эквивалентного тока. В основу метода эквивалентного тока положено допущение, что при переменной нагрузке двигателя его средние потери должны быть равны потерям при продолжительной (номинальной) нагрузке. Как известно из теории электрических машин, мощность потерь двигателя складывается из постоянных Рпост и переменных Рпер мощностей. Мощность постоянных потерь равна сумме мощности потерь на трение, в магнитопроводе (у асинхронных двигателей и двигателей постоянного тока с параллельным возбуждением), а также на возбуждение у синхронных двигателей и двигателей с параллельным возбуждением. Мощность переменных потерь можно считать пропорциональной квадрату рабочего тока I двигателя и сопротивлению соответствующей обмотки r, причем приближенно можно считать последнее постоянным. Если ток изменяется за соответствующие промежутки времени, то за все рабочее время Δt = T суммарные потери энергии в двигателе будут равны При переменной нагрузке эквивалентным током Iэк за то же время работы электродвигателя Т потери энергии в двигателе вычисляются по более простой формуле: Зная эквивалентный ток, номинальное напряжение и номинальный коэффициент мощности, можно определить номинальную мощность двигателя: Метод эквивалентного тока можно применять лишь при условии постоянства мощности потерь в магнитопроводе и на трение, а также сопротивлений обмоток в течение всего рабочего времени Т. В ряде случаев условия нагрузки определяют непосредственный момент, требуемый от двигателя, а не ток. Тогда можно пользоваться методом эквивалентного момента: у всех электродвигателей вращающий момент на валу пропорционален произведению тока и магнитного потока. У двигателей переменного тока (синхронных и асинхронных) можно приближенно считать постоянным коэффициент мощности cosφ. При таких упрощениях можно вычислить вращающий момент: где Квр — постоянная величина, откуда из приведенного выражения для эквивалентного тока Iэк можно получить: Далее по эквивалентному моменту и номинальной угловой скорости двигателя ωном рассчитывается номинальная мощность двигателя электропривода: Для повышения надежности работы электропривода рекомендуется проверить, достаточен ли максимальный момент Mmax двигателя для того, чтобы удовлетворить условия при кратковременных возможных перегрузках данного привода. Иными словами, должно быть выполнено следующее условие: коэффициент перегрузки двигателя ωном должен быть по абсолютной величине больше отношения максимального момента Mmax нагрузки к номинальному моменту двигателя, то есть На этом выбор мощности двигателя может быть закончен. Для электропривода, работающего при длительной постоянной нагрузке, задача выбора электродвигателя (постоянного тока, асинхронного, синхронного) относительно проста. В электроприводах, не требующих регулирования скорости в широком диапазоне, рекомендуется применять синхронные двигатели. Поскольку современный синхронный двигатель запускается в ход так же быстро, как и асинхронный, при этом он экономичнее, а его габариты меньше, чем у асинхронного двигателя той же мощности (у синхронного двигателя выше коэффициент мощности cos.и больше максимальный момент Mmax на валу). Несмотря на то, что у асинхронных двигателей последнего поколения можно достаточно эффективно регулировать скорость вращения и осуществлять реверс с необходимым для работы электропривода моментом, для этого необходимо применять специальные устройства управления. При подборе двигателя необходимо сопоставить условия работы электропривода (диапазон регулировки частоты вращения, необходимость реверса, частые пуски, большие изменения нагрузки) с механическими характеристиками различных видов электродвигателей. В электротехнике принято различать естественную и искусственную механические характеристики двигателя. Естественная характеристика соответствует номинальным (рабочим) условиям его включения, нормальной схеме соединений, а также отсутствию каких-либо добавочных элементов в цепях двигателя и соединения этих цепей по специальным схемам. Важным критерием для оценки механических характеристик электродвигателя служит жесткость: где ΔM — изменение момента на валу двигателя; Δn — изменение скорости вращения ротора двигателя. В зависимости от значения жесткости принято делить механические характеристики на абсолютно жесткие, Δn = 0, λ = ∞ (такая характеристика свойственна синхронным двигателям), жесткие, у которых изменение частоты вращения мало λ = 40…10 (линейная часть характеристики асинхронного двигателя, характеристика двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением), мягкие с большим изменением частоты вращения, у которых λ≥10 (характеристика двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением, искусственная характеристика асинхронного двигателя с фазным ротором, искусственная характеристика двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением). На рис. 5 представлены естественные механические характеристики различных видов двигателей. Основанием для выбора вида двигателя зачастую являются требования к жесткости механической характеристики. Например, для подъемно-транспортных механизмов (кранлебедка грузовых самолетов, лебедка подвески вертолета) желательна мягкая характеристика, а для механизма выпуска закрылков, предкрылков, тормозных щитков нужна очень жесткая характеристика. При частых пусках и непостоянности нагрузки наиболее надежен, экономичен и прост в эксплуатации асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. При больших мощностях, если невозможно применить короткозамкнутый асинхронный двигатель, рекомендуется устанавливать асинхронный двигатель с фазным ротором. Двигатель постоянного тока сложнее по конструкции, чем двигатель переменного тока (из-за наличия коллекторно-щеточного узла), стоит дороже, требует более тщательного ухода в эксплуатации и изнашивается быстрее. Однако в ряде случаев предпочтение отдается двигателю постоянного тока, который позволяет простыми средствами изменить частоту вращения электропривода в широких пределах. Тип двигателя (его конструкция) выбирается в зависимости от условий окружающей среды. Необходимо учитывать принятие мер защиты окружающей среды от возможных искрообразований в двигателе (при наличии взрывоопасной атмосферы), а также самих двигателей от попадания в них влаги, пыли, химических веществ из окружающей среды. Во многих случаях в авиационных и промышленных электроприводах возникает необходимость регулировки скорости вращения ротора двигателя. Для регулировки частоты вращения двигателя существует два надежных метода:
- Включение резисторов в цепи якорных обмоток ротора.
- Переключение числа пар полюсов обмотки статора.
Применение первого метода рационально лишь при узких пределах регулирования при постоянстве момента на валу двигателя, а применение второго обеспечивает только дискретное (ступенчатое) регулирование и на практике применяется в основном для маломощных приводов. В настоящее время благодаря появлению мощных полупроводниковых приборов положение в этой области существенно изменилось. Современные электронные преобразователи дают возможность изменять в широком диапазоне частоту переменного тока, что позволяет плавно регулировать скорость вращающегося магнитного поля, а, следовательно, эффективно регулировать частоту вращения асинхронного и синхронного двигателей. Так как же осуществляется управление двигателем электропривода? Управление электроприводами различного назначения может быть сведено к выполнению ряда основных операций — это пуск, торможение, реверсирование или стабилизация частоты вращения. В подавляющем большинстве случаев управление приводом осуществляется путем воздействия на электрический двигатель. Статические свойства двигателей как объектов управления определяются семействами механических и регулировочных характеристик. Механические характеристики определяют зависимость угловой скорости . от развиваемого двигателем вращающего момента МД: при некоторых постоянных значениях управляющего воздействия x = const. Регулировочные характеристики определяются зависимостью ω = f (x) при МД = const. Рассмотрим наиболее применяемые методы управления авиационными и промышленными электроприводами.
Генераторный метод управления двигателями постоянного тока
При генераторном методе управление двигателем осуществляется путем изменения значения напряжения источника энергии, питающего электрический двигатель постоянного тока независимого возбуждения. В качестве источника энергии может быть использован как генератор постоянного тока, так и электромашинный усилитель (ЭМУ). В первом случае управление двигателем осуществляется по системе «генератор – двигатель» (Г – Д), известной также как система Леонара. Эта система состоит из трех электрических машин: генератора Г, подключенного к зажимам якоря, управляемого двигателем (Д), вращающим генератор (рис. 6). На рис. 6 приняты следующие обозначения: ОВГ — обмотка возбуждения генератора; ОВД — обмотка возбуждения двигателя; Rв1, Rв2 — выносные регулировочные резисторы в цепях ОВГ и ОВД соответственно. Во втором случае управление производится по системе «ЭМУ – двигатель» (ЭМУ – Д), которая также состоит из трех машин. В обеих системах допускается использование двух ступеней управления. На первой ступени управление осуществляется при номинальном токе возбуждения двигателя путем воздействия на ток возбуждения генератора или ток в управляющей обмотке ЭМУ. Вторая ступень соответствует управлению двигателем путем изменения его тока возбуждения при номинальном режиме источника энергии (в системе «ЭМУ – Д» вторая ступень обычно не используется). Вследствие хороших регулировочных свойств и энергетических соотношений на основе системы «Г – Д» созданы высокоэффективные системы управления, широко применяемые в радиолокационных установках, рулевых машинках автопилотов и т. п. В то же время необходимо отметить, что основные недостатки системы «Г – Д» — это сравнительно большие масса и габариты электрического привода.
Дискретный метод управления двигателями постоянного тока
При дискретном методе управление двигателем осуществляется путем периодического подключения цепи якоря двигателя к источнику питания. В этом случае используются двигатели с независимым возбуждением или с самовозбуждением от постоянных магнитов, а в качестве импульсных элементов, включающих и отключающих цепь якоря двигателя, — электронные схемы с широтно-импульсными модуляторами. Простейшая схема импульсного управления двигателем при широтно-импульсной модуляции показана на рис. 7. Якорь двигателя М на время импульса подключается к источнику электрической энергии (ИЭЭ) через нормально замкнутые контакты НЗК-1 и НЗК-2, а в период паузы тормозится противовключением через нормально разомкнутые контакты НРК-1 и НРК-2. В данном электроприводе используется двигатель с независимой обмоткой возбуждения ОВД. Такие системы управления применяются в большинстве случаев в следящих системах небольшой мощности: пилотажно-навигационных комплексах и радиотехнических системах. В силовых электроприводах повышенной мощности часто для этих целей применяются управляемые диоды-тиристоры. Основные факторы, которые обусловили широкое применение тиристорного электропривода в авиации, следующие:
- высокий КПД тиристорного преобразователя (0,95–0,97);
- относительно малые габариты и масса;
- незначительная мощность самих устройств управления.
Для регулирования частоты вращения асинхронного двигателя тиристоры включаются в цепь статора или ротора. В первом случае с их помощью можно регулировать амплитуду (фазное регулирование) или частоту (частотное регулирование) синусоидального напряжения на обмотках статора и, следовательно, вращающий момент на валу двигателя. Во втором случае можно изменять активное сопротивление цепи ротора и таким образом регулировать его частоту вращения.