1.5. Параметры и постоянные времени элементов электропривода

При исследовании динамики ЭП оценивают электромеханические (обусловленные движением вращающихся и поступательно движущихся частей ЭП) и электромагнитные процессы, протекающие в системе и связанные с изменением тока, напряжения, ЭДС и другими параметрами ЭД и преобразователя (П) [2, 4].

Учитывая скоротечность электромагнитных процессов, в первом приближении рассматривают только электромеханические процессы. В тех же случаях, когда необходимо получить более точную модель, следует учитывать и электромагнитные процессы, а для этого нужно знать электрические сопротивления и индуктивности обмоток ЭД и П и соединяющих их цепей. При учете сопротивления соединительных проводов следует иметь в виду увеличение эквивалентного сопротивления за счет коммутационных эффектов в преобразователе, падения напряжения в щеточном контакте и полупроводниковых приборах. Данные о сопротивлении обмоток приводятся в каталогах, причем указывается температура, которой эти данные соответствуют. При необходимости эти сопротивления пересчитываются с учетом нагрузки машины и температуры нагрева обмоток. Экспериментально сопротивление определяют методом амперметра-вольтметра, поскольку при малых сопротивлениях этот метод имеет наибольшую точность. Значительно сложней определить индуктивность обмоток. Дело в том, что электрические обмотки представляют собой цепи со сталью (со стальным сердечником). Кроме того, особенно в машинах переменного тока, одной цепью связано несколько обмоток, поэтому необходимо учитывать не только индуктивности рассеяния, но и взаимные индуктивности, что существенно усложняет расчет.

1.5.1. Электромагнитные процессы [1, 9, 11]

В ЭП, в задачу которых входит регулирование частоты вращения, обычно используются двигатели постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ).

В машинах постоянного тока сталь якоря находится в ненасыщенном состоянии, поэтому индуктивность обмоток якоря невелика и часто полагают ее постоянной. Она приводится в некоторых каталогах. В тех случаях, когда этих данных нет, ее можно определить по приближенной формуле Уманского:

, (1.1)

где - частота тока в обмотке якоря;

- коэффициент пропорциональности; и для машин без компенсации , а для машин с компенсацией .

Экспериментально индуктивность обмотки якоря находят по кривой гашения тока (рис.1.2,б). Для этого собирается следующая схема (рис.1.2,а):

б)

а)

N

Rд

Rш

K

Рис.1.2. Схема для определения изменения тока (а), кривая гашения тока (б)

Якорь машины при неподвижной машине подключается через сопротивление к сети постоянного тока и спустя некоторое время замыкается накоротко ключом . При этом осциллограф, N включенный в цепь якоря, фиксирует кривую изменения тока во времени.

Очевидно, что эта кривая описывается уравнением первого порядка: ,

из которого можно определить постоянную времени

. (1.2)

То есть постоянная времени цепи якоря может быть найдена исходя из значения тока и его производной в любой точке кривой. Графически можно найти как подкасательную для любой точки кривой гашения тока. Учитывая некоторое насыщение железа, находят усредненное значение .

Индуктивность обмоток возбуждения является функцией тока возбуждения (рис.1.3) и изменяется в зависимости от насыщения в несколько раз. Для нахождения индуктивности обмоток возбуждения пользуются кривой намагничивания или характеристикой холостого хода машины, при этом расчет производят по усредненной характеристике, без учета гистерезиса. Для всей обмотки возбуждения, расположенной на двух полюсах, индуктивность находится так:

, (1.3)

где - число полюсов;

- число витков обмотки на одном полюсе;

- магнитный поток, пронизывающий полюс, причем ;

- магнитный поток, который проходит через зазор в якорь;

- поток рассеяния;

- ток возбуждения.

L

Рис.1.3. Характер изменения индуктивности (L) при изменении тока возбуждения ( )

Для машин последовательного возбуждения расчеты проводятся аналогично. Для машин смешанного возбуждения необходимо еще экспериментально определить взаимную индуктивность обмоток возбуждения, которая существенно сказывается в переходных режимах. При расчетах обычно оперируют с магнитодвижущими силами, суммируя соответствующие магнитные потоки.

В приводах переменного тока электромагнитные явления часто не учитываются. Если же их учет необходим, то необходимо использовать электромагнитные параметры обмоток, которые приводятся в некоторых каталогах или заводских формулярах. Их экспериментальное определение требует большого объема исследований.