В.Б. Никаноров
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
В ПОЛИГРАФИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Учебное пособие
Издание второе, стереотипное, дополненное
Допущено УМО по образованию в области полиграфии
и книжного дела для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлениям подготовки бакалавров:
220400.62 — Управление в технических системах;
220700.62 — Автоматизация технологических процессов
и производств
Москва
2012
УДК 621.314.261
ББК 32.965.3
Н 62
Рецензенты: <...> Электромеханические системы в полиграфическом производстве :
учеб. пособие / В.Б. Никаноров; Моск. гос. ун-т печати имени Ивана
Федорова. <...> Ограниченный объем этого учебного пособия не позволил включить
примеры решения характерных задач по электромеханическим и
электромагнитным преобразователям, что необходимо для эффективного усвоения теоретического материала. <...> Это электронный преобразователь (управляемый выпрямитель,
инвертор) или электромагнитный преобразователь (трансформатор). <...> ПУ согласует параметры сети (напряжение U1, частоту f1,
число фаз m1), которые стандартизированы, с параметрами электромеханического преобразователя (ЭМП) — напряжением U2,
частотой f2 и числом фаз m2. <...> Выходные величины — механические: момент
Мд и частота вращения Ωд. <...> Классификация ЭП
ЭП делится [9]:
• по характеру движения — на вращательный и линейный;
8
• по направлению движения — на реверсивный, обеспечивающий вращение в обоих направлениях, и на нереверсивный —
обеспечивающий движение только в одном направлении;
• по электрическим параметрам питания ЭМП — на ЭП постоянного и переменного тока;
• по электрическим параметрам источника электрической
энергии: на ЭП, получающий питание от промышленной сети
50 Гц, и на ЭП, питающийся от автономного источника питания
(от дизель-генератора, от аккумуляторов и т. д.);
• по принципу действия — на ЭП непрерывного вращения и
дискретный ЭП, подвижные части которого находятся в состоянии
дискретного движения в установившемся режиме;
• по соотношению <...>
Электромеханические_системы_в_полиграфическом_производстве.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова
В.Б. Никаноров
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
В ПОЛИГРАФИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Учебное пособие
Издание второе, стереотипное, дополненное
Допущено УМО по образованию в области полиграфии
и книжного дела для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлениям подготовки бакалавров:
220400.62 — Управление в технических системах;
220700.62 — Автоматизация технологических процессов
и производств
Москва
2012
Стр.1
УДК 621.314.261
ББК 32.965.3
Н 62
Рецензенты:
А.А. Кецарис, кандидат технических наук, доцент кафедры
электротехники и компьютеризированных электромеханических систем
МГТУ «МАМИ»;
Э.С. Артыков, кандидат технических наук, профессор кафедры
автоматизации полиграфического производства
МГУП имени Ивана Федорова
Никаноров В.Б.
Н 62 Электромеханические системы в полиграфическом производстве :
учеб. пособие / В.Б. Никаноров; Моск. гос. ун-т печати имени Ивана
Федорова. — М. : МГУП имени Ивана Федорова, 2012.— 304 с.
ISBN 978-5-8122-1198-1
Учебное пособие содержит теоретический и практический материал для изучения
электропривода и электрических машин, которые используются в полиграфии, а
также методы их компьютерного моделирования.
Для студентов, обучающихся по образовательным направлениям в области полиграфического
производства; может быть полезно при изучении магнитных полей и
электротехнических устройств в курсе «Электротехника и электроника», для магистров,
аспирантов и научных сотрудников при написании ими квалификационных
работ и рефератов.
УДК 621.314.261
ББК 32.965.3
ISBN 978-8122-1198-1
© Никаноров В.Б., 2012
© Московский государственный
университет печати
имени Ивана Федорова, 2012
2
Стр.2
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.........................................................................................3
1. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ..................................5
1.1. Основные понятия. Структура и состав .................................5
1.2. Каналы преобразования энергии в ЭП..................................7
1.3. Признаки ЭП как системы.......................................................7
1.4. Классификация ЭП...................................................................8
1.5. Классификация электромеханических
преобразователей.............................................................................9
1.6. Механическая часть силового канала ЭП............................11
1.7. Приведение момента и момента инерции к валу
электродвигателя...........................................................................14
1.8. Структурная схема и передаточная функция ЭП................15
2. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ
ЭНЕРГИИ..........................................................................................17
2.1. Основные положения.............................................................17
2.2. Законы электромеханики.......................................................18
2.3. Конструктивные особенности электромеханических
преобразователей...........................................................................19
2.4. Электромагнитная индукция и механические силы
в магнитном поле...........................................................................20
3. ОБОБЩЕННАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА.....................39
4. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ.
ТРАНСФОРМАТОРЫ.....................................................................45
4.1. Назначение, область применения.
Устройство и принцип действия..................................................45
4.2. Уравнения токов и напряжений............................................48
4.3. Схема замещения....................................................................50
4.4. Определение эксплуатационных характеристик
по паспортным данным.................................................................52
300
Стр.300
4.5. Внешняя характеристика трансформатора ..........................55
4.6. Энергетические характеристики
(потери и кпд трансформатора)....................................................57
4.7. Трехфазные трансформаторы................................................59
4.8. Трансформаторы для устройств автоматики .......................62
4.9. Измерительные трансформаторы..........................................65
4.10. Трансформаторы для устройств электроники ...................69
5. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ИНДУКЦИОННЫЕ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ .....................................................................71
5.1. Назначение, область применения .........................................71
5.2. Устройство и принцип действия...........................................71
5.3. Уравнения тока и напряжения ..............................................78
5.4. Схема замещения....................................................................79
5.5. Потери и кпд ...........................................................................80
5.6. Электромагнитный момент. Механическая
характеристика ..............................................................................83
5.7. Рабочие характеристики ........................................................87
5.8. Пуск асинхронного привода..................................................90
5.9. Регулирование частоты вращения АЭП...............................93
5.10. Ускоренное торможение АЭП ..........................................105
5.11. Работа АД от однофазной сети .........................................113
6. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
ПОСТОЯННОГО ТОКА................................................................119
6.1. Назначение, область применения .......................................119
6.2. Устройство и принцип действия.........................................120
6.3. Схемы возбуждения .............................................................122
6.4. Электродвижущая сила и электромагнитный момент......124
6.5. Основные характеристики ДПТ независимого
возбуждения.................................................................................126
6.6. Энергетические характеристики.........................................128
6.7. Построение характеристик по паспортным
данным двигателя........................................................................130
6.8. Регулирование частоты вращения привода
постоянного тока .........................................................................131
6.9. Ускоренное торможение ЭП постоянного тока.................141
301
Стр.301
7. СИНХРОННЫЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ...................................................................144
7.1. Назначение, область применения. Устройство
и принцип действия.....................................................................144
7.2. Основные характеристики СД.............................................149
7.3. Синхронные двигатели редукторные, с катящимся
и волновым ротором, линейные.................................................153
8. ВЕНТИЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ
СИСТЕМЫ......................................................................................157
8.1. Назначение, область применения .......................................157
8.2. Устройство и принцип действия.........................................158
8.3. Рабочие характеристики вентильного двигателя .............167
8.4. Регулирование частоты вращения вентильного
двигателя ......................................................................................170
8.5. Применение вентильных электромеханических систем
в полиграфии [15]........................................................................177
9. ДИСКРЕТНЫЕ (ШАГОВЫЕ)
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ..................................182
9.1. Назначение, область применения .......................................182
9.2. Устройство ШД....................................................................185
9.3. Принцип действия ................................................................197
9.4. Структура шаговых ЭМС....................................................201
9.5. Режимы работы ШД.............................................................204
9.6. Способы управления ШД....................................................208
9.7. Рабочие характеристики ШД..............................................209
9.8. Примеры применения в полиграфии..................................217
10. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД
ДЛЯ УСТРОЙСТВ АВТОМАТИКИ............................................218
10.1. Особенности исполнительных электромеханических
преобразователей.........................................................................218
10.2. Асинхронные исполнительные двигатели (АИД) ...........220
10.3. Реализация требований к АИД..........................................224
10.4. Характеристики АИД.........................................................229
10.5. Исполнительные двигатели постоянного тока (ИДПТ)..235
302
Стр.302
11. УСТРОЙСТВА ИНФОРМАЦИОННОГО
КАНАЛА ЭМС ...............................................................................254
11.1. Назначение, требования.....................................................254
11.2. Датчики частоты вращения (тахогенераторы).................254
11.3. Импульсные фотоэлектрические датчики частоты
вращения ......................................................................................263
11.4. Измерительные устройства частоты вращения
на основе датчиков Холла ..........................................................265
11.5. Вращающиеся (поворотные) трансформаторы................266
11.6. Сельсины.............................................................................276
12. ПРОГРАММЫ ДЛЯ КОМПЬЮТЕРНОГО
МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭМС............................................................282
12.1. Общая характеристика программ для анализа ЭП..........282
12.2. Примеры моделирования основных
элементов привода ......................................................................288
Библиографический список...........................................................297
303
Стр.303