ТЭП

1. Электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения, как объект управления. Обобщенная эквивалентная схема. Основные допущения.

2. Уравне­ния якорной цепи, цепи возбуждения, механической части.

3.Двигатель, управляемый напряжением на якоре.

4.Скорость идеального холостого хода.

5. Жесткость характеристик. Естественная и искусственная характеристики.

6.Механические и электромеханические характеристики двигателя при R.Частный случай R=0.

7.Пусковой режим электродвигателя.

8. Тормозные режимы электродвигателя -рекуперативное, противовключением и динамическое.

9.Электродвигатель постоянного тока последовательного возбуждения, как объект управления.

10.Уравнения механической характеристики, реверсирование электродвигателя.

11.Тормозные режимы электродвигателя.

12.Методы расчета искусственных механических характеристик.

13.Регулирование скорости в системе Г-Д.

IV. Теория электропривода.

1.Основное уравнение движения электропривода. Переходные режимы, причины возникновения. Статические и динамические моменты.

2.Статические и динамические моменты в электроприводе. Механические характеристики. Механические характеристики производственных механизмов (определение), виды.

3.Механическая характеристика электродвигателя (определение). Жесткость механической характеристики, виды механическая характеристика электродвигателей.

4.Механические и электромеханические характеристика ДПТ НВ в двигательном режиме. Скорость идеального холостого хода. Естественная и искусственная характеристики.

5.Механические и электромеханические характеристика ДПТ НВ в тормозных режимах: рекуперативное, динамическое и торможение противовключением.

6.Порядок построения реостатных характеристик, пределов изменения моментов или токов при реостатном пуске. Пусковая диаграмма ДПТ НВ.

7.Механическая характеристика ДПТ смешанного возбуждения. Естественные универсальные характеристики момента и скорости.

8.Механическая характеристика АД в двигательном режиме. Уравнение механической характеристики и его анализ. Естественные и реостатные механические характеристики.

9.Механическая характеристика АД в тормозном режиме: торможение с отдачей энергии в сеть, торможение противовключением, динамическое торможение.

10. Основные показатели регулирования угловой скорости электроприводов. Диапазон регулирования, плавность, экономичность, стабильность и скорость, направление регулирования скорости. Допустимая нагрузка при различных скоростях.

11. Регулирование скорости вращение ДПТ при изменении магнитного потока. Принципиальная схема, механические и электромеханические характеристики.

12. Регулирование скорости вращение ДПТ при изменении величины внешнего сопротивления в цепи якоря. Принципиальная схема, механические и электромеханические характеристики.

13. Регулирование скорости вращения ДПТ изменением величины подводимого напряжения.

14. Регулирование скорости вращения электроприводов переменного тока. Регулирование угловой скорости АД: реостатное регулирование, изменением напряжения, переключением числа пар полюсов.

15. Переходные процессы в электроприводе. Переходный режим (определение). Зависимости тока и угловой скорости от времени в процессе пуска. Постоянные времени переходного процесса.

16. Условия (критерии) выбора типа электродвигателя для электропривода: по режиму работы, по категории размещения, по классу, по исполнению.

17. Нагрев о охлаждение электродвигателей. Уравнение теплового баланса. Кривые нагрева и охлаждения двигателя.

18. Энергетика электропривода. КПД, потери энергии в электроприводе при различных режимах работы.

1. Эд постоянного тока независимого возбуждения, как объект управления.

В ЭП испол-ся двигатели постоянного тока независимого (ДПТНВ), последовательного (ДПТПВ), и смешанного (ДПТСВ) возбуждения, а также двигатели с возбуждением от постоянных магнитов, которые по своим хар-кам близки к ДПТНВ.

ЭП с ДПТНВ являлись до недавнего времени основным видом регулируемого ЭП. Созданные на базе системы <управляемый выпрямитель –двигатель> (УВ-Д) замкнутые ЭП обеспечивают регулир-ние координат движения исполнительных органов рабочих машин и мех-в во всех режимах работы с высокими показателями качества.

Электротехническая промышленность выпускает ДПТ основной общепромышленной серии 2П в диапазо­не мощностей от 0,13 до 200 кВт различного конструктивного ис­полнения и с разными способами вентиляции, предназначенные в первую очередь для работы в регулируемых ЭП. В частности, эти двигатели имеют встроенный датчик скорости - тахогенератор и ориентированы на питание от тиристорных преобразователей.

Усовершенствование двигателей постоянного тока привело к раз­работке новой серии 4П, рассчитанной на напряжения 110 и 220 В, со скоростями вращения от 750 до 3000 об/мин и номинальными моментами от 2 до 15 000 Н- м с улучшенными удельными энергети­ческими показателями, динамическими и виброакустическими свой­ствами. Кроме того, трудоемкость их изготовления по сравнению с серией 2П снижена в 2,5...3 раза при уменьшении расхода меди на 25...30%.

Для ЭП ряда рабочих машин и механизмов выпускаются специ­ализированные серии ДПТНВ. Для ЭП металлорежущих станков помимо серий 2П и 4П применяются двигатели серий ПБСТ и ПГТ (с гладким якорем), а также высокомоментные двигатели серий ПБВ, ДК1 и ДК2 с возбуждением от постоянных магнитов.

Для крановых механизмов выпускаются двигатели серии Д с не­зависимым и последовательным возбуждением, исполнение кото­рых максимально учитывает условия их работы и предъявляемые к ним требования. Для краново-металлургических ЭП применяются также двигатели с независимым, последовательным и смешанным возбуждением серий ДП.

Специализированные серии ДПТ выпускаются и для металлур­гического производства (например, прокатные двигатели серий НП и ПП), текстильной промышленности и ряда других отраслей на­родного хозяйства.

Обобщенная эквивалентная схема

Основная схема включения ДПТНВ представлена на РИС.7, где приняты следующие обозначения: I, Iв,- соответственно токи в цепях обмоток якоря и возбуждения. А; Е - ЭДС якоря. В; w и М - соответственно угловая скорость, рад/с, и момент, Н*м, двигателя; R=rо.я.+rд.п.+rк.о.+rщ. сопротивление якоря, состоящее из сопро­тивлений обмотки якоря, добавочных полюсов, компенсационной обмотки и щеточного контакта, Ом; R - сопротивление обмотки возбуждения (0В), Ом; Lя и Lо.в. - соответственно индуктивности обмоток якоря и возбуждения, Гн. На схеме показаны добавочные резисторы в цепях обмоток якоря Rд и возбуждения Rв, а также от­дельные источники питания обмоток якоря и возбуждения с напря­жениями соответственно U и Uв.

Якорь двигателя М и его обмотка возбуждения ОВ обычно получают питание от разных, независимых друг от друга источников (преобразователей) напряжения U и Uв, что позволяет отдельно регулировать напряжение на якоре двигателя и на обмотке возбуждения и выполнять их на разное номинальное напряжение. Лишь при наличии сети постоянного тока или при нерегулируемом преобразователе в якорной цепи обмотка возбуждения питается от того же источника напряжения, что и якорь двигателя. Но и в этом случае ток возбуждения Iв не зависит от тока I якоря двигателя.

Направления тока I и ЭДС вращения двигателя E , показанные на рис., соответствуют двигательному режиму работы, когда электрическая энергия потребляется двигателем из сети (от источника напряжения U) и преобразуется в механическую энергию, мощность которой равна P=Mw.

Основные допущения

При выводе уравнений для статических характеристик двигате­ля примем следующие допущения: реакция якоря не учитывается; момент на валу двигателя равен электромагнитному моменту.

2. Ур-ния якорной цепи, цепи возб-ния, мех-кой части.

Аналитическое. выражение мех-кой харак-ки дв-ля м/б получено из уравнения равно­весия напряжений. При установившемся режиме работы дв-ля приложенное напряжение U, В, уравновешивается паде­нием напряжения в якорной цепи IR и наведенной в якоре ЭДС вращения Е, В, т. е. U = IR+E; (1)

здесь I - ток в якорной цепи дв-ля, А; R - суммар­ное сопр-ние якорной цепи, Ом, включающее внеш­нее сопротивление резистора Rp и внутреннее сопротивле­ние якоря дв-ля Rя : Е = kФω, (2)

где k – коэф-нт, зависящий от конструктивных дан­ных дв-ля, k = pN/2ла (р - число пар полюсов дв-ля; N-число активных проводников обмотки якоря; а-число пар параллельных ветвей обмотки якоря); . Ф и ω - соответственно магнитный поток, Вб, и угловая скорость дв-ля, рад/с.

Если в (1) вместо Е подставим ее значение Е из (2), то получим уравнение для скорости дв-ля ω = (U - 1 R)/kФ. (3)

Уравнение (3) представляет собой зависимость ско­рости двля от тока якоря. Такую зависимость ω = = f (I) называют электромеханической харак-кой дв-ля.

Для получения урав-ия мех-кой харак-ки необходимо найти зависимость скорости от момента дв-ля. Это легко сделать, если учесть, что момент, Н. м, развиваемый дв-лем, связан с током якоря и магнит­ным потоком простой зависимостью, а именно : M=kΦI (4). Подставив в (3) значение тока 1, найденное из (4), получим выражение для мех-кой хар-ки:

ω=U/kΦ - МR/k² Φ²; или ω=U/с - MR/c²; где с=kФ.

Коэффициент с принимается постоянным, не зависящим от нагрузки, если у дв-ля с независимым возбужде­нием имеется компенсационная обмотка. Он может счи­тaтьcя неизменным, если для обычных дв-лей прене­бречь реакцией якоря.

3. Двигатель, управляемый напряжением на якоре.

Регулирование координат ЭП изменением напряжения якоря. Данный способ широко используется для регулирования любых координат ЭП при высоких требованиях к показателям его каче­ства. По этой причине до недавнего времени он являлся основным при создании регулируемых ЭП постоянного тока. Реализация этого способа предусматривает питание якоря ДПТНВ от преобразователя, выходное напряжение которого регу­лируется по значению и может изменяться при необходимости по полярности. Поскольку основным источником питания ЭП служит сеть переменного тока, то таким преобразователем является управ­ляемый выпрямитель (У В). Схема ЭП при питании якоря двигателя от УВ, получившая на­звание система УВ - Д, показана на рис. 4.11 (РИС. 8),. Здесь Еп- ЭДС УВ; Rп - внутреннее сопротивление УВ; kп= Eп/ Uу - коэффициент усиле­ния УВ, где Uу - входной сигнал управления. Напряжение на выхо­де УВ вследствие наличия внутреннего сопротивления Rп опреде­ляется по формуле:U=EП-IRП Обмотка возбуждения ДПТНВ питается от отдельного источ­ника постоянного тока, например от неуправляемого или тоже уп­равляемого выпрямителя. Формулы дляэлектромеханической и механичес­кой характеристик имеют вид:

w=EЯ/(kФ) - I(RЯ+RП)/(kФ)=w0-∆w(1)

w=EП/(kФ) - M(RЯ+RП)/(kФ)²=w0-∆w(2)

Из (1) и (2) видно, что при изменении Еп пропорционально изменяется скорость идеального холостого хода, а искусствен­ные характеристики 2...8 (см. рис. 4.11, б) (РИС. 8), оставаясь линейными и параллельными друг другу, имеют по сравнению с естественной ха­рактеристикой 1 ДПТНВ больший наклон из-за наличия сопротив­ления Rп в выражении для определения перепада скорости ∆w (от­метим, что естественная характеристика 1 соответствует питанию двигателя от источника с нулевым внутренним сопротивлением). Характеристики располагаются во всех четырех квадрантах парал­лельно друг другу; при Еп= 0 ДПТ работает в режиме динамичес­кого торможения.

Характеристики 2...8соответствуют следующим соотношениям ЭДС УВ: ЕП2 > Еп3 > ЕП4; Еп5= 0; Еп6= -ЕП4; Еп8 =-Еп2. Управляемый выпрямитель чаще всего выполняется в виде элек­тромашинной системы "генератор - двигатель” (Г - Д) или систе­мы "тиристорный преобразователь - двигатель” (ТП - Д).

4. Скорость идеального х.х.

На РИС. 9 представлены механические характери­стики двигателя независимого возбуждения для различных сопротивлений якорной цепи. Как видно из выражения для механической характеристики w=U/kФ-MR/k²Ф², при М = 0 все характеристики проходят через одну точку, лежащую на оси ординат. Угловая скорость в этой точке имеет вполне определенное значение, не зависящее от со­противления якорной цепи. Эта скорость носит название скорости идеального холостого хода wс и определяется выражением w0=U/Kф. При скорости идеального холостого хода, когда ток в якорной цепи равен нулю, ЭДС якоря, направленная навстречу приложенному напряжению, равна ему по абсо­лютному значению. Если двигатель до приложения на­грузки работал с угловой скоростью w0, то при появлении на его валу момента сопротивления угловая скорость будет снижаться. Следствием этого будет уменьшение ЭДС вращения Е согласно (E=kФw) и увеличение тока якоря в соот­ветствии с (U=IR+E) и момента двигателя по (M=kФI). Угловая скорость будет снижаться до тех пор, пока момент двига­теля не сравняется с моментом сопротивления. Разность значений установившихся скоростей электропривода до и после приложения заданной статической нагрузки назы­вается статическимпадением (перепадом) скорости ЭП.

∆w=MR/k²Ф² - статическое падение угловой скорости (перепад) относительно угловой скорости идеального холостого хода.

Т.о., уравнение для скорости двигателя может быть записано так: w=w0 -∆w.

5. Естественная и искусственная характеристики. (Жесткость)

Верхняя характеристика из семейства, приведенного на РИС. 9, носит название естественной. Естественной характеристикой называется та­кая характеристика двигателя, кото­рая получается при отсутствии внеш­них резисторов в якорной цепи и номинальных значениях напряжения и магнитного потока двигателя. Жесткость естественной характеристики зависит от внутреннего со­противления якорной цепи двигателя Rя. Внутреннее сопротивление якорной цепи включает собственное сопро­тивление якорной обмотки, сопротивление обмотки допол­нительных полюсов, компенсационной обмотки и щеток, Соответственно перепад скорости для естественной харак­теристики ∆w=MRя /k²Ф²ном

По ∆w=MR/k²Ф² определяется статическое падение скорости для любой из характеристик двигателя независимого воз­буждения, представленных на рис. Например, при дополнительно включенном реостате, имеющем сопротив­ление Rр, статическое падение скорости определится из соотношения ∆w=M(Rя +Rр )/k²Ф²

Разделив w=w0 -∆w на w0, получим статическое падение скорости в относительных единицах: ∆w٭=∆w/w0=(w0 -w)/w0

Статическое падение скорости в относительных едини­цах ∆w٭ аналогично скольжению асинхронного двигателя, хотя скольжение для двигателей постоянного тока не имеет того физического смысла, как у асинхронных двигателей.

Если в якорную цепь двигателя включен дополнитель­ный резистор (реостат), то механические характеристики, получаемые при этом, называются искусственными или реостатными. Эти характеристики пересекаются всё в одной точке w0. Реостатные характеристики так же ли­нейны, как и естественная характеристика, но имеют зна­чительно больший наклон к оси моментов, т. е. обладают меньшей жесткостью. Чем больше введенное в цепь якоря сопротивление резистора, тем круче идет характеристика, тем меньше ее жесткость.

6. Механические и электромеханические характеристики двигателя при R. Частный случай R=0.

Для регулирования скорости данным способом используют следующую схему включения в ДПТ НВ (РИС. 10).

Из формулы скорости идеального холостого хода следует, что скорость хол. хода не зависит от добавочного резистора, однако наклон механической характеристики тем больше, чем больше добавочное сопротивление. Это объясняется тем, что при изменении скорости идеального х.х. и построение механических характеристик добавочное сопротивление оказывает влияние следующим соотношением:

ω₀ = I R_д /(kФ)² =М R_д /(kФ)²

Основываясь на эту формулу можно изобразить семейство механических характеристик в виде совокупности линий различного наклона при различной жесткости и проходящих через одну и ту же точку ω_0.

Характеристика 1 является естественной механической характеристикой и строится, когда R_доб=0, искусственные характеристики 2, 3, 4 строятся при различных сопротивленияхдобавочного резистора соответственно когда R_д2<R_д3<R_д4 При данном способе регулирования скорости диапазон регулирования небольшой т.к. по мере увеличения добавочного сопротивления снижается жесткость характеристик . Если сопротивление добавочного резистора изменять плавно, то данный способ обеспечивает плавное регулирование скорости. Однако чаще всего получается ступенчатое регулирование скорости и при этом стабильность скорости снижается, но происходит увеличение диапазона регулирования.

7. .Пусковой режим.

Пуск двигателя сначала происходит по искусственной характе­ристике 1 с резистором Rд в цепи якоря, называемым пусковым (РИС. 11). В момент включения двигателя его ток и момент ограничиваются до заданного (допустимого) уровня I1 =Iдоп и М1 = Мдоп. По мере уве­личения скорости и соответственно ЭДС двигателя ток в якоре сни­жается, и при скорости w1 резистор может быть закорочен (выведен из цепи якоря). Двигатель переходит на работу по естественной ха­рактеристике 2, при этом броски тока и момента также не превы­шают заданного уровня. Завершается пуск двигателя после дости­жения им скорости wуст, определяемой точкой пересечения характе­ристик двигателя 2 и исполнительного органа 3.

Рассмотрим порядок построения пусковой диаграммы и схему включения пускового резистора (рис. 4.7)(РИС. 12), если заданы Iдоп., Мс и число характеристик т = 2 (отметим, что эти характеристики мо­гут быть использованы и для регулирования скорости).

Сначала строится естественная характеристика 1 двигателя и про­водится вертикальная линия, соответствующая абсциссе I1=Iдоп или М1=Мдоп. Через точки а и Ь с координатами (w0, 0) и (0, I1) проводит­ся искусственная характеристика3, соответствующая включению в цепь якоря обеих ступеней пускового резистора R д1 и Rд2. Затем оп­ределяется ток переключения по приближенному соотношению I2=(1,1... 1,2)Ic и строится вертикальная линия, соответствующая этому току. Через точку с пересечения этой линии с характеристикой3 проводится горизонтальная линия до пересечения в точке d с вер­тикалью, имеющей абсциссу I1. Через точки а и d проводится искус­ственная характеристика 2, а через точкуе - еще одна горизонталь до пересечения в точке f с естественной характеристикой 1.

Для точного попадания точек с, d, е, f на вертикали с абсцисса­ми I1 и I2 производится подбор значения тока I2.

Пуск двигателя начинается по характеристике 3. При скорости w1, когда ток снизится до значенияI2 ключом К1 закорачивается ступень Rд1 , и двигатель уже по характеристике 2 продолжает свой разбег. При скорости w2 ключом закорачивается ступень Rд2 и дви­гатель начинает работать на естественной характеристике 1.

8. Тормозные режимы электродвигателя: рекуперативное, противовключением, и динамическое.

Весьма часто в современ­ных электроприводах необхо­димо быстро и точно остано­вить механизм или изменить направление его движения. Быстрота и точность, с ка­кой будут проделаны эти опе­рации, во многих случаях определяютпроизводитель­ность механизма, а иногда и качество вырабатываемого продукта. Во время торможения или перемены направле­ния движения (реверса) электродвигатель работает в тор­мозном режиме на одной из механических характеристик, соответствующих осуществляемому способу торможения. Графическое изображение механических характеристик двигателя независимого возбуждения для разных режимов работы представлено на РИС.13. Здесь, кроме участка характеристик, соответствующих двигательному режиму (квадрант /), показаны участки характеристик в квад­рантах II и IV, характеризующие три возможных способа генераторного электрического торможения, а именно:

1) торможение с отдачей энергии в сеть (рекуперативное); 2) динамическое торможение; 3) торможение противовключением.

Каждый тормозной режим является генераторным, так как энергия поступает в машину с вала, преобразуется в электрическую и либо отдается в сеть, либо затрачивается на нагрев элементов якорной цепи, обладающих активным сопротивлением, и рассеивается в окружающую среду.

Рассмотрим подробнее особенности механических ха­рактеристик при указанных способах торможения.

1. Торможение с отдачей энергии в сеть (генератор­ный режим работы параллельно с сетью) осуществляется в том случае, когда скорость двигателя оказывается выше скорости идеального холостого хода и его ЭДС Ебольше приложенного напряжения U. Двигатель здесь работает в режиме генератора параллельно с сетью, которой он от­дает электрическую энергию; ток при этом изменяет свое направление. Последнее очевидно из равенства

I=(U-E)/R=-(E-U)/R(1)

следовательно, изменяет знак и момент двигателя, т. е. он становится тормозным М = -kФI. Если обозначить тормозной момент через Мт = -М, то уравнение механической характеристики при w <b>> w0 примет следующий вид:

w=U/kФ+Mт R/k²Ф² (2)

Первый член в правой части уравнения показывает, что механическая характеристика двигателя независимого воз­буждения в этом генераторном режиме при М = 0 проходит через точку, соответствующую угловой скорости идеального холостого хода, как и в случае двигательного режима. На­клон (жесткость) механической характеристики определя­ется сомножителем второго члена уравнения R/k²Ф², ко­торый по абсолютному значению (при заданном сопротив­лении R) остается неизменным. Следовательно, наклон ме­ханической характеристики в рассматриваемом генератор­ном режиме будет таким же, как и в двигательном. Поэ­тому графически механические характеристики двигателя в режиме торможения с отдачей энергии в сеть являются продолжением характеристик двигательного режима в об­ласть квадранта II . Этот способ торможения возможен, например, в приводах транспортных и подъемных механизмов при спуске груза и при некоторых способах ре­гулирования скорости, когда двигатель, переходя к низ­шим скоростям, проходит значения w > w0. Такое тормо­жение является весьма экономичным, поскольку оно сопро­вождается отдачей в сеть электрической энергии (за вычетом потерь в двигателе), которую двигатель преобразует из механической, поступающей к нему с вала. Но торможе­ние этим способом может быть осуществлено в ограничен­ных пределах, так как не во всех приводах возможно соб­людение условия w > w0 .

Необходимо отметить, что чем больше сопротивление в якорной цепи двигателя, тем выше его угловая скорость в генераторном режиме работы параллельно с сетью при том же тормозном моменте.

2. Динамическое торможениепроисходит при отключе­нии якоря двигателя от сети и замыкании его на резистор (РИС. 14), поэтому иногда его называют реостатным торможением. ОВ при этом должна оста­ваться присоединенной к сети. Режим динамического торможе­ния также соответствует работе машины в качестве генератора. Однако этот режим отличается от описанного выше торможения с отдачей энергии в сеть. При динамическом торможении, так же как и в предыду­щем случае, механическая энергия, поступающая с вала, например, в виде кинетической энергии, запасенной в дви­гателе и в движущихся элементах приводимого им механизма, преобразуется в электрическую. Однако эта энер­гия не отдается в сеть, а выделяется в виде теплоты в сопротивлениях цепи якоря. Вследствие того что ЭДС двигателя сохраняет при тор­можении такой же знак, как и в двигательном режиме, а на­пряжение извне к якорю не прикладывается, ток якоря определяется по формуле I=-E/R

где R — сопротивление якорной цепи.

Тормозной момент при динамическом торможении, если пренебречь реакцией якоря, может быть выражен равенством –Mт =kФI=-k²Ф²w/R При Ф=const получим: w =Mт R/c²(3) При динамическом торможении механическая характери­стика двигателя, как это видно из (3), представляет собой прямую, проходящую через начало координат. Семейство характеристик динамического торможения при различных сопротивлениях R якорной цепи показано в квадранте II на РИС. 13. Как видно из этого рисунка, жесткость характе­ристик уменьшается с увеличением сопротивления якорной цепи. Динамическое торможение широко используется для останова привода при отключениях его от сети (особенно при реактивном характере момента), при спуске грузов в подъемных механизмах. Оно достаточно экономично, хотя и уступает в этом отношении торможению с отдачей энергии в сеть.

3. Торможение противовключением (генераторный ре­жим работы последовательно с сетью) осуществляется в том случае, когда обмотки двигателя включены для одного на­правления вращения, а якорь двигателя под воздействием внешнего момента или сил инерции вращается в противо­положную сторону. Такой же режим получается и при переключении обмотки якоря (или обмотки возбужде­ния) двигателя для быстрой остановки или для изменения направления вращения на противоположное.

Графическое изображение механической характери­стики для торможения противовключением, когда имеет ме­сто, например, так называемый тормозной спуск груза, при­ведено на РИС. 15. Как видно из этого рисунка, а также из РИС. 13, механическая характеристика при торможении противовключением является продолжением характери­стики двигательного режима в область квадранта IV. Пос­леднее вытекает из уравнения механической характери­стики двигателя, если полагать момент большим момента короткого замыкания и положительным по знаку. При включении обмоток двигателя для подъема двига­тель может быть пущен в ход лишь тогда, когда момент сопротивления груза Mc1 будет меньше момента Мкз (РИС. 15). В этом случае после включения двигателя в сеть угловая скорость его увеличивается и достигает установив­шегося значения (точка А). При этом ток в якоре, как обычно в двигательном ре­жиме, определяется по формуле I=(U-E)/R. С увеличением момента груза угловая скорость двига­теля уменьшается соответственно характеристике А В, и если момент груза будет равен Mкз, двигатель остановится. В этом состоянии при w = 0 ЭДС двигателя равна нулю, поэтому ток определяется равенством I=Iкз =U/R

Когда момент сопротивления при дальнейшем увеличе­нии груза превысит момент двигателя в неподвижном состоянии, последний начнет вращаться в противоположном направлении и груз станет опускаться. При моменте, равном Mc2, будет достигнута установившаяся скорость спуска, соответствующая точке С на приведенной характеристике. Поскольку якорь теперь вращается в обратную сторону, а направление магнитного потока не изменилось, ЭДС дви­гателя изменит направление на обратное. Ток, определяемый уравнением I=(U+E)/R будет больше, чем в двигательном режиме, и соответственно момент, развиваемый двигателем при торможении противовключением, тоже возрастет.

9. ЭДПТПоследоват.Возбуждения

В электроприводах постоянного тока иногда используются двигатели с последовательным возбуждением, когда обмотка воз­буждения, рассчитанная на ток, протекающий в якоре, включена последовательно с обмоткой якоря (рис. 34.4)(РИС. 16).

10. Уравнение мех хар-ки, реверсирование ЭД

Уравнение механической характеристики РИС 17

СогласноU=E+IR; E=kФω; M=kФIэлектромеханическая и механическая ха­рактеристики двигателя выражаются формулами

ω = (U - IR)/[kФ(I)]; ω = U/[kФ(I)]- МR/[kФ(I)]²;

в которых дополнительно показана зависимость магнитного пото­ка от тока якоря (возбуждения) Ф(I), а R= R_я +R_ов +R_д

Магн-й поток и ток связаны м/д собой кривой намагни­чивания 5, описав которую с помощью приближенного аналити­ческого выражения, м получить формулы для хар-к дви-ля.

В простейшем случае кривую намагничивания представляют прямой линией 4.

Ф=aI зависимость потока от тока (1)

При линейной аппроксимации момент является квадратичной функцией тока: м = kФI= kaI².(2) Подставив (1) в (2), получим следующее выражение для электромеханической характеристики двигателя:

ω = U/(kal) - R/(ka).(3)

Выразив в (3) ток через момент с помощью (2), получим следующее выражение для механической характеристики:

ω =U/√kaM-R/(ka).

Реверсирование ЭД

Для изменения направления вра­щения двигателя последовательного возбуждения недостаточно изменить полярность напряжения, подводимого к двигателю, т.к. при этом изменится одновременно и направление тока в обмотке якоря и полярность потока возбуждения. Поэтому для реверси­рования двигателя нужно изменить направление тока в одной из частей машины, например в обмотке возбуждения, оставив направление тока в обмотке якоря неиз­менным, как это показано на схеме рис.5.17 (РИС. 18).

11. Тормозные режимы ЭДПТПВ

Для осущ-ия принудительного эл-ого торможения двигатель необходимо перевести в генераторный режим работы. Динамическое тормож. ДПТПВ м\б реализовано по двум схемам - с независимым возбуждением и с самовозбуждением. Динамическое тормож ДПТПВ с независимым возбуждени­ем по своей сути аналогично динамическому тормо­жению ДПТНВ. Характеристики двигателя в этом случае описывают­ся уравнениями ω=-IR/(kФ) и ω=-МR/(kФ)² и име­ют вид прямых 1...3, проходящих через начало координат (рис. 4.39)(РИС. 19). Из этих ур-ий также видно, что с увеличением сопротивления рези­стора R_д наклон характеристик к го­ризонтальной оси увеличивается.

Динамическое тормож ДПТПВ с самовозбуждением реализуется по схеме, приведенной на рис. 4.40, а(РИС. 20), при последовательном соедине­нии обмоток якоря 1, возбуждения 2 и резистора 3 (резистор может отсутствовать). Для возникновения и существования режима самовозбуждения необходимо выполнение следующих условий: наличие остаточно­го магнитного потока Ф_ост в дв-ле; совпадение по направлению Фост и основного маг потока Ф, создаваемого током возбуж­дения; сопротивление цепи обмотки якоря меньше критического. Динамическое торможение ДПТПВ с самовозбуждением проис­ходит след образом. При наличии остаточного маг поля и вращении якоря в якоре наводится ЭДС, под действием ко­торой по якорю и ОВ дв-ля начинает проте­кать ток. Этот ток создает основной маг поток Ф, который, совпадая по направлению с остаточным потоком Ф_ост приводит к увеличению ЭДС, а значит, и влечет за собой увеличение тока в дв­-ле. Такой процесс самовозбуждения будет продолжаться до тех пор, пока ЭДС не станет равной суммарному падению напряжения в цепи якоря.

Универсальные характеристики 1...3 ДПТПВ в режиме тормо­жения, соответствующие различным сопротивлениям резистора 3 R_д1 < R_д2 < R_д3 показаны на рис. 4.40, б(РИС. 20).

Торможение противовключением ДПТПВ, рис. 4.41, а (РИС. 21), осущ-ся изменением полярности на­пряж на обмотке якоря при сохранении того же направления тока в ОВ (или наоборот). При этом в соответ­ствии с М=кФI изменяется знак момента дв-ля. Для ограничения тока в этом режиме торможения в цепь якоря 1 вводится доп-ный резистор 2. Процесс торможения иллюстрируют харак-ки, показан­ные на рис. 4.41, б (РИС. 21). До торможения дв-ль работал в точке а ха­рак-ки 1, преодолевая момент сопротивления Мс. После из­менения полярности напряжения на обмотке якоря и ввода в его цепь добавочного резистора с сопротивлением R_д дв-ль пере­ходит на работу по харак-ке 2 (точка Ь). Начинается процесс торможения противовключением, которому соответствует участок Ьс. В точке с торможение заканчивается (скорость дв-ля=0), и схема управления отключает дв-ль от сети. Торм-е противовключением также реализуется и в том случае, когда дв-ль нагружен активным моментом Мс, превышаю­щим момент короткого замыкания М_кз. Рассмотрим этот вариант торможения с помощью рис. 4.41, б. Допустим, что дв-ль в исходном режиме работает в точке а на харак-ке 1, преодолевая активный момент нагрузки Мс. Если теперь, не изменяя полярность напряжения на обмотке якоря, ввести в якорную цепь доп-ный резистор R_д, то дв-ль будет работать по харак-ке 3 (точка е). Т.к. момент дв-ля при этом станет меньше момента нагрузки, то он начнет сна­чала тормозиться, а затем под действием активного момента на­грузки М_с> Мкз разгоняться в противоположном направлении до тех пор, пока в точке d моменты нагрузки и дв-ля не сравняют­ся. Дв-ль при этом будет работать в режиме торм-я про­тивовключением. Такой способ торм-я часто используется в ЭП грузоподъемных машин и мех-в, создающих на валу дв-ля активный момент нагрузки.
12. Методы расччета искусственных мех-их характеристик.</sub>

Для получения семейства искусственных характеристик дв-ля­ при R_д = var проведем анализ выражений ω=U/(kaI)-R/(ka) (1) и ω=U/-R/(ka).(2)

Т.к. при I,M →0 маг-ый поток Ф→0, аω→∞, то все искус-ые харак-ки имеют своей вертикальной асимп­тотой ось скорости. Для определения их расположения относитель­но естест-ной харак-ки выполним след. преобразо­вания. Используя (1), запишем значения скорости дв-ля На ест-ной и иск-ной харак-ках при каком-то лю­бом фиксированном токе якоря Ι_и. Найдем отношение этих скорос­тей, отметив, что поскольку ток один и тот же, то и маг-ый по­ток в том и другом случаях одинаков, а значит, его можно сокра­тить. После простых преобразований получим

ω_и = ω_е (U ном - Ι_и (R_я + R_ов + Rд))/( U ном - Ι_и (Rя + R_ов)) (3)

Выражение (3) позволяет опр-ть расположение иск-ных электромех-ких харак-к относительно есте­ст-ной, т.к. числитель при R_д </i>> 0 всегда меньше знаменателя, то и ω_и < ω_е. Другими словами, искус-ные электромех-ие харакүки 2 при введении в якорь доб-ого резистора располагаются ниже естес-ной 1, причем чем больше R_д , тем больше снижается скорость (рис. 4.34, а) (РИС. 22).Аналогичный анализ, проведенный для искус-ных мех-их харак-ик, показывает, что они подчиняются той же закономерности (рис. 4.34, 6) (РИС. 22).