ФЭА / Электроэнергетика / Вопросы по теории электропривода
(автор - student, добавлено - 3-08-2020, 22:17)
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 Rд /(kФ)2 =М Rд /(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 ω0. Характеристика 1 является естественной механической характеристикой и строится, когда Rдоб=0, искусственные характеристики 2, 3, 4 строятся при различных сопротивленияхдобавочного резистора соответственно когда Rд2<Rд3<Rд4 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 ЭДУравнение механической характеристики РИС 17СогласноU=E+IR; E=kФω; M=kФIэлектромеханическая и механическая характеристики двигателя выражаются формуламиω = (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= Rя +Rов +Rд 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 Rд 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 Фост 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 Фост 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 Rд1 < Rд2 < Rд3 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 Rд 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 Мкз. 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 Rд, 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 Мс</sub>> 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. Для получения семейства
искусственных характеристик дв-ля при Rд = var проведем анализ выражений ω=U/(kaI)-R/(ka) (1) и ω=U/ 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 Ιи. 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 ωи = ωе (U ном - Ιи (Rя + Rов + Rд))/( U ном - Ιи (Rя + Rов)) (3) Выражение (3) позволяет опр-ть расположение иск-ных электромех-ких харак-к относительно естест-ной, т.к. числитель при Rд </i>> 0 всегда меньше знаменателя, то и ωи < ωе. Другими словами, искус-ные электромех-ие харакүки 2 при введении в якорь доб-ого резистора располагаются ниже естес-ной 1, причем чем больше Rд , 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). Регулирование скорости дв-ля данным способом харак-тся следующими показателями: диапазон 2...3; направление регулирования скорости - вниз; плавность регулирования, определяемая плавностью изменения Rд ; стабильность скорости, снижающаяся по мере увеличения Rд; допустимая нагрузка - постоянный момент, равный ном-му; эконом-кая целесообразность при небольших диапазонах регул-ния скорости или кратковременной работе на пониженных скоростях. Регулирование тока и момента с помощью резисторов харак-ся невысокой точностью при простой схемной реализации. Рассмотрим способы расчета регулировочных резисторов, включение которых в цепь якоря дви-ля позволяет получить требуемую иск-ную (одну или несколько) электромех-кую или мех-кую хар-ку. Задача в этом случае формулируется так: при известных паспортных данных дв-ля и его ест-ной харак-ке определить значение сопротивления резистора Rд которое обеспечит прохождение электромех-кой или мех-кой харак-ки через точку с координатами (ωи, Ми) или (ωи , Ι и). Наиболее простой путь решения этой задачи предусматривает использование формулы (3), из которой Rд = (1- ωи/ ωе)( U ном / Ιном - Rя - Rов). (4) Теперь при заданых координатах (ωи, Ι и) расчитать Rд просто: по ест-ной харак-ке для заданного тока Ι и определяют скорость ωе и все имеющиеся данные подставляют в (4).Отметим, что необходимые для расчета значения Rди Rов могут быть найдены по справочникам, экспериментально или приближенно по формуле Rд + Rов = 0,75 U ном (l - ηном)/ Ιном Если задана точка мех-кой харак-ки с координатами (ωи , Ми) , то сначала по заданному моменту Ми с помощью универсальной харак-ки M*(Ι*) определяется ток Ιи , а затем повторяется расчет, рассмотренный выше. 13. Регулирование скорости в системе Г-Д. Принцип работы системы Г - Д состоит в том, что вначале запускается приводной АД. При его пуске генератор Г не должен быть возбужден, а дв-ль получает полное возбуждение от электромашинного или статического возбудителя В. Увеличивая ток возбуждения генератора, увеличивают его ЭДС, поэтому якорь дв-ля М начинает вращаться (РИС. ). ОВГ - обмотка возбуждения генератора;овд - обмотка возбуждения дв-ля. При ном-ном потоке дв-ля М регулирование скорости производится изменением потока генератора Фг, т. е. ЭДС Ег. При достижении ном-ного значения ЭДС генератора дальнейшее повышение его тока возбуждения нецелесообразно, т. к. магнитная система генератора насыщается и это не приводит к заметному возрастанию ЭДС машины. Увеличить скорость можно, ослабляя магнитный поток дв-ля, при этом мех-кие хар-ки системы Г-Д имеют такой же вид, как и у дв-ля независимого возбуждения, получающего питание от сети при ослаблении магнитного потока. Первый поддиапазон регулирования скорости при Фг=var и Фд=Фд.ном-const харак-ся параллельностью мех-ких харак-тик и при пост-ном токе в якорной цепи I=const соответствует режиму регулирования скорости с постоянным моментом. При ослаблении магнитного потока дв-ля Фд = var, при Фг =Фг.ном= const и I = const получаем режим регулирования скорости с постоянной мощностью (РИС. 24- режимы регул-ния скорости в системе г-д с пост-ным моментом и мощностью. Верхний поддиапазон опред-тся возможностями ослабления магнитного потока дв-ля. В замкнутых системах регулирования скорости диапазон ее изменения может быть существенно расширен.
|
|