
- •Курс лекций по дисциплине «Электрический привод»
- •1 Механическая часть силового канала электропривода. Математическое описание. Динамическое моделирование механической части силового канала электропривода
- •1.1 Механическая часть силового канала электропривода. Обобщенная графическая модель (совместная механичная характеристика электропривода)
- •1.2 Двухмассовая модель, как объект управления (аналоговый вариант)
- •1.2.1 Динамическая модель двухмассовой системы в переменных «входы-выходы». Структурная схема динамической модели
- •1.2.2 Структурная схема двухмассовой механической системы, как звена входящую в более сложную систему. Преобразования структурных схем
- •1.2.3 Метод пространства состояния. Представление двухмассовой системы в переменных состояния
- •1.3 Одномассовая механическая модель силового канала электропривода
- •1.3.1 Одномассовая механическая модель как объект управления (аналоговый вариант). Динамическая модель одномассовой механической системы в переменных «входы-выходы»
- •2.1 Обобщенная электрическая машина. Координатные и фазные преобразования
- •2.2 Дпт с нв. Основные уравнения. Механические характеристики
- •2.2.1 Электромеханические характеристики дпт с нв в двигательном режиме
- •2.2.2 Механические характеристики дпт с нв при пуске
- •2.2.3 Механические характеристики дпт с нв в тормозных режимах
- •1) Рекуперативное;
- •2) Противовключением;
- •3) Динамическое.
- •Рекуперативное торможение
- •Торможение противовключением
- •Динамическое торможение
- •2.2.4 Дпт с нв, как объект управления. Динамическая модель дпт с нв в переменных «входы-выходы». Аналоговый вариант
- •2.2.5 Энергетические режимы в эп с дпт с нв
- •1. Режим хх.
- •4. Режим противовключения
- •2.3 Механические характеристики двигателей последовательного возбуждения
- •2.3.1 Механические характеристики дпт пв в двигательном режиме
- •2.3.2 Пусковой режим двигателя последовательного возбуждения
- •2.3.3 Тормозные режимы дпв. Механические характеристики дпв в тормозном режиме
- •2.4 Дпт смешанного возбуждения
- •2.5 Ад. Механические характеристики ад при различных режимах работы
- •2.5.1 Построение механических характеристик с использованием формулы Клосса
- •2.5.2 Пуск ад
- •2.5.3 Тормозные режимы ад. Механические характеристики в тормозном режиме
- •Рекуперативное торможение
- •Режим противовключения. Торможение противовключением
- •Динамическое торможение
- •2.5.4 Моделирование эп с ад. Асинхронный двигатель, как объект управления. Динамическая модель ад в переменных «входы - выходы»
- •2.5.5 Динамическая модель ад в переменных состояния. Математическое описание обобщенной асинхронной машины
- •2.5.6 Преобразователи координат и фаз
- •2.5.7 Асинхронная машина с короткозамкнутым ротором
- •2.5.7.1 Анализ ад с кзр в неподвижной системе координат
- •2.5.7.2 Анализ ад с кзр во вращающейся системе координат
- •2.6 Синхронный электродвигатель. Механические характеристики сд в различных режимах работы. Механические характеристики сд в двигательном режиме. Угловая характеристика сд
- •2.6.1 Пуск сд. Механические характеристики в пусковом режиме
- •2.6.2 Тормозные режимы сд. Механические характеристики сд в тормозных режимах
- •2.6.3 Синхронный эд, как объект управления. Динамические модели синхронного эд и синхронный эп в переменных «входы-выходы»
- •3 Переходные процессы в эп
- •3.1 Электромеханические переходные процессы и их анализ
- •3.1.1 Решение уравнения движения при постоянном динамическом моменте
- •3.1.2 Решение уравнения движения при линейно изменяющемся динамическом моменте
- •3.1.3 Решение уравнения движения при нелинейно изменяющемся динамическом моменте и при постоянном моменте сопротивления
- •3.1.4 Решение уравнения при нелинейно-изменяющемся динамическом моменте и при изменяющемся моменте сопротивления
- •3.2 Анализ электромеханических переходных процессов
- •3.2.1 Нагрузочные диаграммы эп
- •1) Непрерывные
- •3.2.2 Расчет и построение нагрузочных диаграмм эп
- •3.2.3 Анализ нагрузочных диаграмм эп
- •3.3 Тепловые переходные процессы в эп
- •3.3.1 Уравнение теплового баланса эп
- •3.3.2 Постоянная времени нагрева
- •3.3.3 Допустимое превышение температуры двигателя. Классы изоляции
- •3.4. Динамическая тепловая модель эд в переменных «входы-выходы»
- •3.5 Выбор мощности эд. Номинальные режимы работы эп по нагреву
- •3.5.1 Выбор мощности эд для различных режимов работы
- •1. Выбор эд по нагреву.
- •2. Проверка по допустимой механическое перегрузке.
- •3. По возможности запуска.
- •3 Этап: Поверка по возможности запуска.
- •3.5.2 Выбор мощности эд для кратковременного режима работы
- •3.5.3 Выбор мощности эд для повторно-кратковременного режима работы
- •4 Регулирование «координат» эп
- •Регулирование скорости вращения в эп
- •4.1 Регулирование скорости дпт с нв
- •2. Регулирование магнитным потоком
- •3. Регулирование напряжением на зажимах якоря
- •Регулирование скорости вращения дпт с нв изменением напряжения подводимого к якорю
- •4.2 Регулирование скорости вращения двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением
- •3. Регулирование изменением магнитного потока
- •3.1. Регулирование скорости дпт пв шунтированием оя.
- •3.2. Регулирование скорости шунтированием ов.
- •4.3 Регулирование скорости вращения асинхронных двигателей
- •4.3.1 Регулирование скорости вращения ад изменением действующего значения напряжения, подводимого к статору
- •4.3.2 Регулирование скорости вращения ад изменением числа пар полюсов двигателя
- •4.3.3 Частотное регулирование скорости вращения ад. Принципы и законы частотного регулирования
- •1.Электромашинный пч
- •Особенности частотного регулирования сд
- •4.3.4 Регулирование скорости вращения ад введением добавочного эдс в цепи ротора (каскадное регулирование)
- •Классификация схем каскадного регулирования
- •5 Энергетическая эффективность эп
- •Случай разноправленного потока энергии
- •5.2 Обобщенный критерий энергетической эффективности
- •5.3 Коэффициент мощности
- •6 Надёжность эп. Основные понятия, критерии надёжности
- •6.1 Показатели надёжности
- •6.2 Расчёт показателей надёжности
3.3 Тепловые переходные процессы в эп
3.3.1 Уравнение теплового баланса эп
При работе ЭД в различных условиях и
при различных нагрузках на его валу
изменяются условия протекания тепловых
процессов ЭД. Как известно работа ЭД
сопровождается потерями мощности
,
которые складываются из магнитных
потерь (в стали), электрических потерь
(потерь в меди), а также механических
потерь. За время
двигатель
с потерями мощности равными
выделяет количество тепла равное
.
Это тепло во-первых расходуется на
нагревание самого двигателя, а во вторых
рассеивается в окружающую среду:
(99)
(100)
(101)
В начале основная часть выделяемого
тепла идет на нагревание самого двигателя
и значительно меньшая часть отдается
в окружающую среду. В процессе нагревания
ЭД это соотношение изменяется в сторону
и
при некоторой температуре двигателя
наступает установившийся режим, после
чего всё выделяемое при работе тепло
рассеивается в окружающую среду, а
температура двигателя при условии
неизменности нагрузки на его валу в
дальнейшем не меняется. Необходимо
отметить, что реальные термодинамические
процессы в ЭП носят весьма сложный
характер, т.к. электрические машины во
первых не однородна по материалу, во
вторых имеет рассредоточенные внутренние
источники тепла, интенсивность которых
зависит от режима, скорости и т.д. Поэтому
для дальнейшего анализа тепловых
переходных процессов в ЭП, применим
следующие допущения:
1. Электрическая машина является однородным телом с одинаковой по всему телу теплоёмкостью и с одинаковой температурой по всем точкам объема тела.
2. Теплоотдача в окружающую среду пропорциональна разности температур двигателя и окружающей среды, т.е.:
(102)
- теплоотдача
- температура двигателя в градусах
-
температура окружающей среды
Чаще всего при анализе тепловых переходных
процессов в качестве
применяется
ее нормативное значение
-
превышение температуры
двигателя или еще один термин: температура
перегрева.
С учетом этих допущений, уравнение (3) запишется в виде:
(103)
где
-
потери мощности в двигателе
- промежуток времени (длительность переходного процесса)
-
изменение превышения температуры
Теплоёмкость – численно равна количеству тепла, необходимое для нагрева двигателя на 1 градус.
Теплоотдача – количеству тепла, выделявшему в ОС при изменении температуры на один градус за время равное 1 секунде.
- пропорциональна кубу габаритов.
- пропорциональна квадрату габаритов.
Если разделить все члены уравнения
(103) на
,
то
(104)
Уравнение (104) описывает тепловые переходные процессы в ЭД и в частном случае для установившегося режима примет вид:
Если в уравнении (104) отношение
(сек)
обозначим
-
постоянна времени нагрева, то с
учётом этого уравнение (104) будет иметь
вид:
(105)
Уравнение (105) представляет собой
дифференциальное уравнение 1-го порядка
и носит название дифференциальное
уравнение теплового баланса. При нагреве
от некоторого начального значения
до
.
Решение этого уравнения имеет вид:
текущее
время (с).
Графически это уравнение может быть представлено в виде экспоненциальной функции следующего вида:
Рис.79а Кривая нагрева при τ0=0
В частном случае если включение двигателя происходит в момент, когда его температура равна температуре окружающей среды, график будет иметь следующий вид:
Рис. 79б Кривая нагрева при τ0=0
Если двигатель в процессе работы нагреть
до
,
а затем выключить из питающей сети, то
процесс его охлаждения до температуры
окружающей среды может быть представлен
в виде уравнения, которое носит название
решение уравнения теплового баланса
при охлаждении и имеет следующий вид:
(106)
-
постоянная времени охлаждения она имеет
такой же физический смысл что и постоянная
времени нагрева, но в силу того, что в
термодинамике процессы охлаждения
имеют несколько большую инерционность,
чем процессы нагрева для одного и того
же двигателя, находятся примерно в таком
соотношении: