8.1.4 Повторно-кратковременная нагрузка (режим s3).

Нагрузочная диаграмма такого режима дана на рисунке 8.6. Дня электроприводов, работающих в таком режиме, целесообразно выбрать электродвигатели, специально предназначенные дня этого режима и рассчитанные на стан­дартные ПВ 15, 25, 40 и 60%. Продолжительность цикла не должна пре­вышать 10 мин, в противном случае электродвигатель выбирают, как для продолжительного режима.

При выборе электродвигателя по нагрузочной диаграмме определя­ют эквивалентную величину тока, момента, мощности за один цикл без учета паузы по одной из формул, приведенных выше. Затем находят действительную ПВд с учетом паузы по формуле.

Если ПВд равна одной из стандартных ПВст, то мощность элек­тродвигателя выбирают по каталогу так, чтобы соблюдалось условие Р_н>Р_э.

При неравенстве ПВд и ПВст мощность электродвигателя выбирают по формуле

.

Затем электродвигатель проверяют по перегрузочной способности и условиям пуска так же, как при режиме S6. Использование электро­двигателей для продолжительного режима в повторно-кратковременном нецелесообразно, поскольку они не обладают таким большим пусковым моментом и перегрузочной способностью.

Пример 3. Определить мощность асинхронного электродвигателя, ра­ботающего по графику, приведенному на рисунке 8.7. Номинальная частота вра­щения ротора

n_н ⁼ 730 об/мин. Пуск осуществляется под нагрузкой.

Решение. 1) Эквивалентная мощность за цикл без учета пауз t₂ и t₆

2. Действительная продолжительность включения с учетом пауз

3. Необходимая номинальная мощность при ближайшей стандартной ПВн= 15%

Выбираем по каталогу электродвигатель с мощностью Р_н = 40 кВт при ПВ =15%. Номинальная частота вращения n_н= 730 об/мин; Мп/Мн= 1,4.

4. Номинальный момент электродвигателя М_н = 9550·Р_н/n_н⁼ 9550· 40/730 = 523 Нм. Статический момент нагрузки при пуске М₁ =9550P₁/n_н= 9550 ·55 /730= 720 Нм. Пусковой момент электродвигателя М_П=1,4М_Н =1,4 · 523 = 732 Нм. Так как М_П>М₁ ;(732 > 720), то пуск под нагрузкой возможен.

9.0 Способы преобразования переменного тока в постоянный

9.1 Выпрямители однофазного тока.

Однополупериодная однофазная схема. В этой схеме (рис. 9.1, а) трансформатор имеет одну вторичную обмотку, напряжение и₂ которой изменяется по синусоидальному закону и₂ = U_max2 sin t, Ток в цепи нагрузки проходит только в положительные полупериоды (рис. 9.1, в) когда точка а вторичной обмотки, к которой присоединен анод вентиля VD₁ имеет положительный потенциал относительно точки 6. При приложении обратного напряжения он будет закрыт.

Выпрямленное напряжение u_d будет описываться положительными полуволнами напряжения и₂ вторичной обмотки трансформатора. Среднее за период значение напряжения на нагрузке называется выпрямленным напряжением U_d. Ток в нагрузке R_d проходит в одном направлении, но имеет пульсирующий характер и представляет собой выпрямленный ток l_d. Выпрямленные напряжения u_d и ток i_d содержат постоянную (полезную) составляющую U_d и I_d и переменную составляющую (пульсации) U_d~ и I_d~. Качественная сторона работы выпрямителя оценивается соотношениями между полезной составляющей и пульсациями напряжения и тока.

В отрицатель­ные полупериоды (интервал времени ) к вентилю VD₁ прикладывается обратное напряжение и он будет закрыт.

Для однополупериодной схемы справедливы следующие соотношения между напряжениями, токами и мощностями в отдельных элементах выпрямителя.

Рис. 9.1. Однофазный выпрямитель

а — однополупериодная схема; б — двухполупериодная схема; в и г — диаграммы напряжений и токов на элементах схем выпрямления.

Среднее, значение выпрямленного напряжения при идеальных вентилях и трансформаторе

U_d0=0,45U₂, В (1)

Максимальное значение обратного напряжения, прикладываемое к вентилю в непроводящую часть периода определяется через U_d0, В

(2)

г де U2-действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора Тс, В.

Среднее значение тока, проходящего через вентиль и нагрузку,

Iа=Id=Ud0/Rd,А

Средняя мощность, отдаваемая в нагрузку, определяется произведением напряжения Ud и тока Id , т.е Рd=Ud Id.

Расчётная(типовая)мощность трансформатора, определяющая его габариты,

в 3,09 раза больше мощности в нагрузке Rd:

Sтp=3,09 UdId, ВА (3)

Таким образом, расчетная мощность трансформатора, работающего на выпрямитель, больше мощности в нагрузке, так как во вторичной обмотке проходит несинусоидальный ток, имеющий постоянную и переменные составляющие, а в первичной обмотке, кроме тока основной частоты f₁, токи высших гармоник. По отношению к сети питания эти токи являются реактивными и, не создавая полезной мощности, лишь нагревают обмотки трансформатора выпрямителя.

Действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора определяется формулой

I₂=l,57 I_d, А (4)

Из формулы (4) следует, что показания амперметра электромагнитной системы PA₂, включенного в цепь вторичной обмотки трансформатора Тс (рис. 9.1, а), будут в 1,57 раза превышать показания магнитоэлектрического амперметра РA_d, так как первый измеряет действующее значение тока, а второй - средний ток в цепи нагрузки.

Действующее значение напряжения вторичной обмотки

U₂ = 2,22 U_d,В (5)

Действующее значение тока первичной обмотки с учетом коэффициента трансформации

к _тр = /

А (6)

Недостатки этой схемы выпрямления следующие: плохое использование трансформатора, большое обратное напряжение на вентилях, большой коэффициент пульсации выпрямленного напряжения.

Достоинства выпрямителя следующие: простота схемы и питающего трансформатора; применяется только один вентиль или одна группа последовательно соединенных вентилей.

Двухполупериодная нулевая однофазная схема.

Схема состоит из трансформатора имеющего одну первичную и две последовательно соединённые вторичные обмотки с выводом общей (нулевой) точки у этих обмоток (рис.9.1,б). Коэффициент трансформации трансформатора к_тр определяется отношением U₁/U₂ , где U₂ – напряжение одной вторичной обмотки (фазное напряжение).

Свободные концы вторичных обмоток а и б присоединяются к анодам вентилей VD₁ и VD₂, катоды которых соединяются вместе. Нагрузка R_d включается между катодами вентилей, которые являются положительным полюсом выпрямителя, и нулевым выводом 0 трансформатора, который служит отрицательным полюсом.

Вентили в этой схеме, как и вторичные обмотки трансформатора, работают поочередно, пропуская в нагрузку ток при положительных значениях анодных напряжений u_2а и u_2б (рис.9.1, г), в качестве которых обычно принимают направления, совпадающие с проводимостями вентилей.

Действительно, при изменении напряжения в точках а и б по закону

u₂=U_макс.· sin в тот полупериод, когда напряжение в обмотке 0 а положительно, ток проводит вентиль VD₁ анод которого положителен по отношению к катоду, связанному через сопротивление R_d с точкой 0 вторичных обмоток. Анод вентиля VD₂, так же как вывод б обмотки 0 б, в этот полупериод (t₀-t₁) отрицателен по отношению к нулевому выводу 0 и, следовательно, тока не пропускает.

В следующий полупериод (интервал времени t₁—t₂ на рис. 8, г), когда напряжения на первичной и вторичной обмотках трансформатора изменяют свою полярность на обратную, ток будет пропускать вентиль VD₂, а вентиль VD₁ оказывается запертым отрицательным напряжением. Ток в нагрузке R_d все время течет в одном направлении - от катодов вентилей к нулевой точке 0 вторичных обмоток трансформатора.

Для однофазной нулевой схемы справедливы следующие соотношения между напряжениями, токами и мощностями в отдельных элементах выпрямителя.

Среднее значение выпрямленного напряжения при идеальных вентилях и трансформаторе U_d0=0,9 U₂,В (7)

Вентиль, не работающий в отрицательную часть периода, оказывается под воздействием обратного напряжения, равного двойному фазному, так как положительный потенциал вывода а (б) вторичной обмотки трансформатора через проводящий диод VD₁ (VD₂) подается к катоду диода VD₂ (VD₁), а анод закрытого вентиля имеет отрицательный потенциал.

Максимальное значение обратного напряжения будет равно:

U_{обр. макс} = 2 U₂=3,14·U_d0,В (8)

Среднее значение выпрямленного тока в нагрузке

,А (9)

Среднее значение тока через каждый вентиль в 2 раза меньше тока I_d проходящего через нагрузку, т. е. I_a=0,5I_d.

Действующее значение тока вентиля I_{а дейст} равно действующему значению тока вторичной обмотки трансформатора I₂ и определяется формулой

I₂=0,785· I_d= 1,57I_а, А (10)