Билет №6

Билет №6

1. Потери и расход энергии в переходных процессах электроприводов с ДПТ независимого возбуждения.

Сумма потерь .

Постоянные потери . Тогда , где - переменные потери.

Расход энергии из сети , где - энергия потерь; - энергия на разгон маховых масс (на запас кинетической энергии).

, где - относительное изменение скорости. .

.

Пусть переходный процесс совершается без нагрузки (), тогда

Потери в переходных процессах при изменении до пропорциональны изменению кинетической энергии в начале и конце.

А) Пуск ()

Пусть двигатель разгоняется под действием неизменного .

В действительности .

Б) Динамическое торможение

.

В) Торможение противовключением и реверс

I этап:

Из сети поступает и с вала в цепь якоря поступает .

II этап:

.

Потери не зависят от , происходит лишь распределение их между якорем и добавочным сопротивлением.

2. Принципы построения систем векторного частотно- токового управления АД

Система векторного управления асинхронным электроприводом в наиболее общем случае должна решать задачи регулирования и стабилизации момента и скорости двигателя.

Формирование момента АД в соответствии возможно за счет воздействий на абсолютные значения векторов потокосцеплений,токов и фазовых сдвигов между ними. От того, какие вектора выбраны в качестве регулируемых будет зависеть принцип построения и техническая реализация системы управления электроприводом.

а) б)

Рис.7.1. Векторные диаграммы АД при ориентации по потокосцеплениям _ (а) и ₂ (б)

Если воспользоваться уравнением , то в качестве регулируемых будут выбраны вектора и . Анализ рис. 7.1, а позволяет интерпретировать АД как эквивалентную машину постоянного тока. Если ротор АД сопоставить якорю двигателя постоянного тока (ДПТ), а статорные обмотки – обмоткам возбуждения ДПТ, то составляющая тока статора I_1х, синфазная потокосцеплению , может интерпретироваться как ток возбуждения ДПТ, составляющая I_1у – как ток его компенсационной обмотки, составляющая I_2у – как поперечная составляющая поля якоря ДПТ , составляющая I_2х – как размагничивающая продольная реакция якоря. Потокосцепление определяется током и, следовательно, в системе координат x, y, связанной с вектором потокосцепления , составляющие I_1у и I_2у равны и имеют разные знаки, а встречно направленные составляющие I_1х и I_2х определяют модуль потокосцепления

В приведенной интерпретации отличительные особенности АД от ДПТ в том, что на статоре АД нет отдельно эквивалентной обмотки возбуждения и компенсации поперечной реакции якоря (эти обмотки как бы совмещены), а ось х, связанная с потокосцеплением вращается относительно статора со скоростью . Эти особенности формирования момента определяют основные положения при технической реализации системы векторного управления. Так вектор может быть определен измерением с помощью датчиков Холла его составляющих _ и _на неподвижные относительно статора оси  и , как . При этом модуль потокосцепления , а угол между осями ,  неподвижной системы координат и осями x, y системы координат, вращающейся со скоростью _0.эл = arccos (_/ _). Составляющие вектора в системе координат ,  могут быть определены через токи фаз статора I_А, I_В,I_С как ; .

В системе координат x, y проекции вектора тока I_1 и I_1 определяются как

; . (7.1)

Они представляются сигналами постоянного тока и не зависят от частоты питания АД. Учитывая это, система векторного управления может строиться аналогично системам управления двигателями постоянного тока, где составляющая I_1x тока статора определяет потокосцепление _ АД (магнитный поток ДПТ), а составляющая I_1уявляется моментной составляющей тока статора (подобна току якоря ДПТ).

Таким образом система векторного управления с опорным вектором потокосцепления _должна иметь два канала управления: канал управления модулем _ и канал управления угловой скорости ротора АД. По аналогии с ДПТ канал управления скоростью должен содержать внутренний контур управления составляющей тока статора I_1у, эквивалентной току якоря ДПТ, и внешний контур управления угловой скоростью ротора. Канал управления модулем потокосцепления _ должен содержать контур управления составляющей тока статора I_1x, эквивалентной току возбуждения ДПТ. На этот канал оказывает влияние и составляющая тока статора I_1у в виде трансформаторных ЭДС, пропорциональных рассеяниям статора и ротора.

Важной особенностью системы управления с опорным вектором потокосцепления _ является возможность его прямого измерения с помощью датчиков, установленных в воздушном зазоре АД. Подобные системы имеют более высокие показатели качества управления по сравнению с системами, где используется косвенный (расчетный) путь определения сигналов обратных связей.

При стабилизации потокосцепления ротора (при ₂ =const) механические характеристики АД подобны характеристикам ДПТ независимого возбуждения. Поскольку теория и технические решения замкнутых систем управления электроприводом с ДПТ независимого возбуждения достаточно апробированы, то понятна привлекательность применения систем векторного управления с управлением по потоку ротора.

Векторная диаграмма токов и потокосцеплений АД при стабилизации потокосцепления ротора приведена на рис. 7.1, б. Здесь ось х совмещена с вектором . При этом ;

; I'_2х = 0; I'_2у = - ₂_0нs_а / R'₂ , т.е. в установившемся режиме вектор тока ротора перпендикулярен вектору , а составляющие тока статора ; ,

где - электромагнитная постоянная времени цепи ротора.

В двигательном режиме (s_a0 ) вектор тока статора опережает вектор на угол .

При этом вектор тока ротора отстает от на угол 90 эл. град. и при ₂ = const модуль тока ротора меняется пропорционально абсолютному скольжению.

Конец вектора скользит вдоль прямой 2, перпенд вектору (рис. 7.1, б). При этом составляющая I_1x определяет потокосцепление ₂ , а I_1у компенсирует влияние на него реакции ротора.

Результирующая составляющая токов статора и ротора по оси у создает составляющую потокосцепления . При этом конец вектора будет скользить по прямой 3, перпендикулярной вектору . Аналогично годограф вектора характеризуется прямой 4 (рис. 7.1, б).

В соответствии с уравнением системы электромагнитный момент АД определяется взаимодействием ортогональных составляющих потокосцепления ротора ₂ = _2х = L_I_1xи тока статора I_1y . Таким образом, при стабилизации ₂ , как и при стабилизации _ , система векторного управления будет подобна системам управления двигателями постоянного тока, где составляющая I_1x тока статора определяет потокосцепление ₂ АД (магнитный поток ДПТ), а составляющая I_1уявляется моментной составляющей тока статора (подобна току якоря ДПТ).

3. В координатах “угловая скорость вращения - момент” показать область статических нагрузок для механизмов передвижения и поворота кранов, дать пояснения.

Для механизмов передвижения, работающих на горизонтальном пути в

производственном помещении, приведенный к валу двигателя статический

момент, обусловленный силами трения:

где ’₀-общий вес незагруженного механизма; -вес груза; -коэффициент

трения в опорах ходовых колес; f-коэффициент трения качения ходовых колес;

-КПД передач механизма; d_ц -диаметр (подшипников колес); k_p -коэффициент учитывающий трение ребер колес о рельсы возникающие вследствие возможного перекоса конструкции моста или тележки.

При горизонтальном положение платформы и отсутствии воздействия ветра, статический момент механизма поворота

где D_кр –диаметр роликового круга; d_p -диаметр роликов (в случае опорных тележек –диаметр их колес).

Разница между М_ст1 и М_ст2 объясняется степенью загруженности тележки (платформы).