ТАУ (курс 3, сессия 1)_МГОУ / Учебник тау / СОДЕРЖАНИЕ

Содержание

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	3
Раздел 1 ОСНОВЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Глава 1. Структура электромеханических комплексов и систем. . . . . .	9
1.1. Основные понятия и определения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	9
1.2. Классификация автоматизированных электроприводов. . . . .	16
Глава 2. Механика электропривода. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	20
2.1. Основные законы механики электропривода. . . . . . . . . . . . . .	20
2.2. Уравнение движения электропривода. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	25
2.3. Приведенное механическое звено. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	26
2.4. Динамические характеристики жесткого механического звена. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	30
2.5. Динамические характеристики многомассовой механической системы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	33
2.6. Динамические характеристики механической системы с подвешенным грузом. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	40
2.7. Движение механической системы в пространственных координатах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	42
Глава 3. Режимы работы электропривода. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	44
3.1. Энергетические диаграммы электропривода . . . . . . . . . . . . . .	44
3.2. Механические характеристики электропривода и рабочего механизма. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	46
3.3.Установившийся режим работы электропривода. . . . . . . . . . .	50
3.4. Переходные процессы в электроприводе. . . . . . . . . . . . . . . . .	52
Глава 4. Нерегулируемый электропривод. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	60
4.1. Общие сведения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	60
4.2. Электромеханические свойства асинхронных двигателей. . .	63
4.3. Режимы работы асинхронного двигателя. . . . . . . . . . . . . . . . .	79
4.4. Электромеханические характеристики многоскоростных асинхронных двигателей. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	90
4.5. Потери в асинхронном двигателе при пуске и торможении. .	93
4.6. Электромеханические характеристики синхронных электродвигателей. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	95
4.7. Режимы работы синхронного двигателя. . . . . . . . . . . . . . . . . .	99
4.8. Асинхронный двигатель, как динамический объект. . . . . . . .	104
4.9. Синхронный двигатель, как динамический объект. . . . . . . . .	107
Глава 5. Общие принципы регулирования электропривода. . . . . . . . . .	109
5.1. Общие положения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	109
5.2. Основные системы регулируемого электропривода. . . . . . . .	117
Глава 6. Электроприводы с двигателями постоянного тока независимого возбуждения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	119
6.1. Электромеханические свойства двигателей постоянного тока независимого возбуждения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	119
6.2. Электроприводы по системе тиристорный преобразователь-двигатель постоянного тока. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	129
6.3. Электроприводы постоянного тока с широтно-импульсным регулированием. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	143
6.4. Двигатель постоянного тока как динамическое звено. . . . . . .	147
Глава 7. Электропривод с двигателями постоянного тока с последовательным возбуждением. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	153
7.1. Электромеханические характеристики двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением. . . . . . . . . . . . .	153
7.2. Двигатель постоянного тока последовательного возбуждения как динамическое звено. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	159
Глава 8. Вентильный двигатель. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	160
8.1. Принцип работы вентильного двигателя. . . . . . . . . . . . . . . . . .	160
8.2. Электропривод по системе транзисторный коммутатор - вентильный двигатель с постоянными магнитами. . . . . . . . . .	161
8.3. Электропривод по системе тиристорный коммутатор – синхронный двигатель. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	164
Глава 9. Способы регулирования асинхронного двигателя. . . . . . . . . . .	166
9.1. Классификация способов регулирования асинхронного двигателя. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	166
9.2. Оценка способов регулирования асинхронного двигателя. . .	168
Глава 10. Асинхронный электропривод с частотным регулированием скорости. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	169
10.1. Принципы частотного регулирования. . . . . . . . . . . . . . . . . . .	169
10.2. Электропривод по системе преобразователь частоты с непосредственной связью – асинхронный двигатель. . . . . . . . . .	176
10.3. Электропривод по системе преобразователь частоты типа автономный инвертор – асинхронный двигатель. . . . . . . . . . .	179
Глава 11. Асинхронные вентильные каскады и двигатели двойного питания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	185
11.1. Принцип работы каскадных схем асинхронного привода. . .	185
11.2. Двигатели двойного питания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	191
Глава 12. Специальные схемы электропривода. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	195
12.1. Вентильно-индукторный электропривод. . . . . . . . . . . . . . . .	195
12.2. Электропривод с шаговым двигателем. . . . . . . . . . . . . . . . . .	196
12.3. Электропривод с линейными двигателями . . . . . . . . . . . . . .	199
Раздел II СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ
Глава 13. Релейно-контакторное управление электроприводами. . . . . .	203
13.1. Защита в системах электропривода. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	203
13.2. Выбор силовых аппаратов управления. . . . . . . . . . . . . . . . . .	205
13.3. Принципы управления, используемые в релейно-контак-торных схемах управления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	205
13.4. Типовые схемы управления асинхронными электроприво-дами. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	206
Глава 14. Принципы построения систем управления электроприводами. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	213
14.1. Основные понятия и определения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	213
14.2. Обратные связи и их назначение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	215
14.3. Классификация замкнутых систем регулирования. . . . . . . .	215
14.4. Показатели качества регулирования. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	218
14.5. Статические характеристики электропривода с замкнутой по скорости системой управления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	223
14.6. Многоконтурные системы с подчиненным регулированием координат электропривода. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	226
14.7. Принципы оптимизации в системах подчиненного регулирования. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	227
14.8. Порядок синтеза контуров в системах электропривода с подчиненным регулированием. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	233
14.9. Тиристорный преобразователь как динамическое звено. . . .	236
Глава 15. Типовые системы регулирования электроприводов постоянного тока. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	238
15.1. Системы регулирования скорости. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	238
15.2. Синтез контура регулирования тока. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	239
15.3. Синтез контура скорости, настроенного на МО. . . . . . . . . . .	241
15.4 Синтез контура скорости, настроенного на симметричный оптимум (СО). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	246
15.5. Ограничение тока якоря в двухконтурных системах регулирования скорости. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	250
15.6. Формирование переходных процессов отработки больших сигналов задания скорости. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	252
15.7. Замкнутые системы регулирования положения. . . . . . . . . . .	154
15.8. Синтез СРП, работающих в режиме позиционирования. . . .	260
Глава 16. Типовые системы управления асинхронными частотно-регу-лируемыми электроприводами. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	264
16.1. Общие положения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	264
16.2. Асинхронные электроприводы с частотно-параметричес-ким регулированием скорости. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	264
16.3. Системы асинхронного электропривода с частотно-токо-вым управлением. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	265
16.4. Система асинхронного электропривода с частотно-вектор-ным регулированием скорости. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	268
Раздел. III МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ
Глава 17. Основные понятия и математические основы дискретных систем управления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	279
17.1. Значение микропроцессорное техники в развитии систем электропривода. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	279
17.2. Основные понятия о дискретных системах управления. . . .	280
17.3. Основы математического анализа цифровых систем управления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	286
17.4. Методика динамического синтеза цифрового контура управления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	295
Глава 18. Микропроцессорные средства управления электроприводами. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	306
18.1. Состав и архитектура микропроцессорных систем. . . . . . . .	306
18.2. Организация памяти микропроцессорных систем электропривода. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	313
18.3. Организация ввода–вывода в микропроцессорных системах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	315
18.4. Работа устройства управления МП. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	318
18.5. Особенности МП семейства х86. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	319
18.6. Встроенные микропроцессорные системы управления. . . .	321
18.7. Микроконтроллеры с интегрированным сигнальным процессором MCS-296. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	323
18.8. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. .	324
18.9. Принцип построения устройств измерения переменных состояний (координат) в электроприводах с микропроцессорным управлением. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	331
Глава 19. Программирование микропроцессорных систем. . . . . . . . . . .	339
19.1. Форматы команд. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	339
19.2. Способы адресации. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	342
19.3. Группы команд. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	344
19.4. Описание языка программирования. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	345
19.5. Описание программ регулятора. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	345
19.6. Анализ временных задержек. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	347
Глава 20. Основы проектирования микропроцессорных систем управления электроприводами (МПС ЭП). . . . . . . . . . . . . . . . .	351
20.1. Основные требования, предъявляемые к МПС ЭП. . . . . . . .	351
20.2. Задачи разработки и реализации МПС ЭП. . . . . . . . . . . . . . .	352
20.3. Выбор сопряжения цифровой и аналоговой частей системы управления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	354
Глава 20. Пример разработки микропроцессорной системы управления электроприводом постоянного тока с подчиненным регулированием координат. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	357
21.1. Технические данные рассматриваемого электропривода. . .	357
21.2 Разработка цифровой двухконтурной системы регулирования скорости электропривода постоянного тока с тиристорным преобразователем. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	358
Раздел IV АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ТИПОВЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ МЕХАНИЗМОВ
Глава 22. Общие вопросы проектирования автоматизированных электроприводов производственных механизмов. . . . . . . . . . .	366
22.1. Общие положения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	366
22.2. Общие требования, предъявляемые к электроприводу. . . . .	367
22.3. Последовательность проектирования электропривода. . . . .	369
Глава 23. Расчет статических и динамических нагрузок производственных механизмов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	370
23.1. Расчет статических моментов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	370
23.2. Расчет момента сопротивления от сил трения. . . . . . . . . . . .	371
23.3. Расчет моментов сопротивления при обработке металлов давлением. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	372
23.4. Определение моментов сопротивления при резании. . . . . . .	377
23.5. Определение моментов сопротивления от сил тяжести. . . .	381
23.6 Определение момента сопротивления при подъеме по наклонной плоскости. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	384
23.7. Определение моментов сопротивления от силы ветра. . . . .	385
23.8. Динамические и ударные нагрузки и способы их ограничения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	386
Глава 24. Расчет мощности и выбор типа электродвигателя. . . . . . . . . .	392
24.1. Общие положения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	392
24.2. Расчет электродвигателя на нагрев. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	394
24.3. Нагрузочные диаграммы и тахограммы. . . . . . . . . . . . . . . . .	399
24.4. Классификация номинальных режимов работы электродвигателей. . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	399
24.5. Порядок выбора электродвигателя по мощности при различных режимах работы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	401
Глава 25. Автоматизированный электропривод механизмов непрерывного действия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	406
25.1. Электроприводы механизмов непрерывного действия с постоянной нагрузкой. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	406
25.2. Электропривод турбомеханизмов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	413
25.3. Электропривод механизмов непрерывного действия с нагрузкой, зависящей от положения рабочего органа. . . . . . . . .	423
Глава 26. Электропривод механизмов циклического действия. . . . . . . .	437
26.1. Общие требования, предъявляемые к электроприводу механизмов циклического действия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	437
26.2. Автоматизация типовых механизмов циклического действия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	438
26.3. Электропривод механизмов крана. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	444
26.4. Электропривод механизмов одноковшовых экскаваторов. .	460
26.5. Электропривод и автоматика лифтов. . . . . . . . . . . . . . . . . . .	469
Глава 27. Электропривод металлорежущих станков. . . . . . . . . . . . . . . . .	488
27.1. Технические требования и расчет мощности электроприводов станков. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	488
27.2. Системы электроприводов и схемы управления электроприводами металлорежущих станков. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	498
Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	512

9