Теорія ЕП_К4С1(7) / Лек / ЛК№12_ТЕП_01_укр

Лекційна робота №12

ДИНАМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ДВИГУНА ПОСЛІДОВНОГО ЗБУДЖЕННЯ

Вмикання обмотки збудження в якірне коло двигуна призводить до форсованих змін магнітного потоку і, отже, виникненню вихрових струмів на масивних ділянках магнітопроводу.

Вплив вихрових струмів звичайно враховується системою короткозамкнутих контурів, власні потоки котрих не мають розсіювання і не зв’язані між собою взаємоіндуктивністю. Ці контури охоплюють ідеальні сердечникиубуваючого перерізу, сумарна величина яких дорівнює початковому перерізу. У цьому випадку при ступінчастому прикладанні намагнічувальної сили магнітний потік в масивному і шихтованому магнітопроводі визначається відповідно як

наближенні еквівалентну сталу часу вихрових струмів можна прийняти для машин з масивною станиною Тв.с 0,15...0,2 Тз, з шихтованою –

Тв.с 0,07...0,1 Тз.

Відповідно до наведених виразів структурна схема магнітного кола з урахуванням впливу вихрових струмів може бути зображена у вигляді паралельно ввімкнутих аперіодичних ланок, що досить зручно при моделюванні перехідних процесів з урахуванням вихрових струмів. При цьому виникає лише питання про вибір кількості паралельно включених аперіодичних ланок (кількість короткозамкнутих контурів). Збільшення їх ускладнює розрахунок, але робить його теоретично більш точним. У ряді випадків бажано

спростити розрахунок шляхом скорочення кількості короткозамкнутих контурів. Для тих швидкостей зміни струму якоря, які спостерігаються в двигунах послідовного збудження, можна без великої погрішності вплив вихрових струмів врахувати лише двома короткозамкнутими контурами. Один з контурів ураховує вплив основної гармоніки, а другий – сумарні дії всіх інших. При цьому зміна магнітного потоку в масивному і шихтованому магнітопроводах описується виразами

Ф(t) Фc 1 0,7e t/Tв.с 0,3e t/0,1Tв.с , Ф(t) Фc 1 0,85e t/Tв.с 0,15e t/0,1Tв.с .

При цьому, наприклад, для масивного магнітопроводу структурна схема магнітного кола має такий вигляд (рис. 12.1).

Рисунок 12.1 – Структурна схема магнітного кола машин з масивною станиною при врахуванні впливу вихрових струмів двома еквівалентними короткозамкненими контурами

Другою особливістю двигуна послідовного збудження є нелінійна залежність індуктивності обмотки збудження від струму, оскільки вже при номінальному струмі машина насищається. Існують різні підходи лінеаризації магнітного кола навколо точки статичної рівноваги, які дозволяють аналізувати поведінку двигуна послідовного збудження лише при невеликих відхиленнях від статичної рівноваги. Застосування цих методів для розрахунку замкнутих систем пов’язано з певними труднощами.

Зручність застосування сталих часу в лінійних системах вимагає розповсюдження їх на нелінійні системи, шляхом використання еквівалентної (узагальненої) сталої часу нелінійного елемента. Завдяки застосуванню еквівалентної сталої часу спрощується аналіз складних динамічних процесів, в яких зміна досліджуваної величини в часі не знаходиться точно в межах експоненціального закону. Така узагальнена або еквівалентна стала часу, визначена як

хy 0 xc x(t) dt, (12.1)

єусередненою ординатою для площі, обмеженою фактичною кривою x(t) зміни досліджуваної величини і лінією усталеного значення xc. Еквівалентна1

стала часу легко визначається експериментально на основі осцилограм перехідного процесу досліджуваного об’єкта (рис. 12.2).

Рисунок 12.2 – До визначення еквівалентної сталої часуbнелінійної ланки

Досить суттєво, що величина еквівалентної сталої часу, наприклад, обмотки збудження, абсолютно не залежить від наявності або відсутності впливу вихрових струмів.

Рівняння електричної рівноваги при включенні обмотки збудження має вигляд

Uз iзRз ddt з ,

де з – повне потокозчеплення обмотки збудження, включаючи й потокозчеплення розсіювання.

Прикладену напругу можна виразити у функції усталеного струму збудження Uз IзRз.

З наведених виразів випливає, що

Iз iз 1 d з ,

Rз dt

а інтеграл від цього рівняння

У цьому виразі з(0) 0, оскільки магнітний потік не може мінятися стрибком. В усталеному режимі відсутній вплив вихрових струмів і значення потоку з( ) L зІз, де L з – результуюча індуктивність обмотки збудження. З

урахуванням цього і (12.1) еквівалентна стала часу визначається як

Текв L з / Rз,

звідки випливає, що величина Текв залежить тільки від параметрів обмотки збудження і не залежить від наявності короткозамкнутих контурів. За наявності останніх зміна струму збудження відбуватиметься по складній кривій. Струм наростає спочатку швидше, а потім повільніше, ніж за відсутності впливу вихрових струмів. Проте площі, утворені між обома кривими і лінією усталеного значення, будуть однаковими.

Рисунок 12.3 – Структурна схема двигуна послідовного збудження з шихтованою станиною на базі еквівалентної (узагальненої)

сталої часу якірного кола Текв

При використанні еквівалентної сталої часу для нелінійного кола двигуна послідовного збудження та врахування вихрових струмів лише двома аперіодичними ланками структурна схема електромеханічного перетворення енергії для двигуна послідовного збудження зображена на рис. 12.3 (див. вище).

Для двигунів з масивною станиною зміниться контур кола вихрових струмів згідно з рис. 12.1 та значення сталої часу основної гармонійної вихрових струмів.

ГАЛЬМІВНІ РЕЖИМИ РОБОТИ ДВИГУНІВ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ ЗМІШАНОГО ЗБУДЖЕННЯ

ДПС ЗЗ може працювати в тих же гальмівних режимах, що й інші двигуни постійного струму. Проте, гальмівні режими ДПС ЗЗ мають свою специфіку, зокрема, в режимі рекуперативного гальмування.

Режим рекуперативного гальмування

У режимі рекуперативного гальмування, коли 0, тобто Eд Uм струм якоря змінює свій напрямок, що призводить до розмагнічування двигуна, і результуючий потік машин визначається як Фш -Фс Ія .

Рисунок 12.4 – Швидкісні характеристики ДПС ЗЗ

врежимі рекуперативного гальмування

Уцьому випадку швидкісні характеристики двигуна (рис. 12.4) будуть розміщуватися в ІІ-му квадранті.

Швидкісні характеристики є продовженням характеристик двигунного режиму в II квадранті, причому крутизна їх зростає. Коли швидкість прямує до

нескінченності характеристики асимптотично наближаються до граничного струму якоря, коли Фш -Фс Ігр 0.

Рисунок 12.5 – Механічна характеристика ДПС ЗЗ у режимі рекуперативного гальмування

Розрахунок швидкісних характеристик у цьому режимі можна здійснити за формулою

Механічна характеристика має екстремум. Спочатку, із ростом швидкості, наростання гальмівного струму вище, ніж зниження результуючого потоку, тому гальмівний момент збільшується. При великих струмах машина

0 : I 0; M 0;

: I Iгр; Ф=0; M 0.

Рисунок 12.6 – Характеристики ДПС ЗЗ в режимі рекуперативного гальмування при закорочуванні серієсної ОЗ

Таким чином, механічна характеристика в режимі рекуперативного гальмування має нестійку ділянку. Модуль жорсткості механічної характеристики в режимі рекуперативного гальмування невеликий. Усунути нестійку зону роботи двигуна в генераторному режимі (а тим самим підвищити жорсткість характеристик і значення гальмівного моменту) можливо двома способами:

–реверсуванням (переключенням полярності) серієсної ОЗ при переході в режим РГ (рис. 12.6, характеристика 1). Проте цей спосіб помітно ускладнює схему включення головних кіл двигуна.

–шунтуванням серієсної ОЗ при переході в режим РГ, коли двигун працює в генераторному режимі як ДПС НЗ із неповним потоком збудження (рис. 12.6, характеристика 2).

Модуль жорсткості механічних характеристик для другого способу різко зросте за рахунок зменшення R (оскільки RОЗ 0) і сталості результуючого

потоку Ф.

При рекуперативному гальмуванні недоцільно вводити в коло Rдод,

оскільки крім зниження енергетичних показників, швидкість для заданого навантаження стає ще вищою 0 1,2 1,6 н .

Гальмування противмиканням

Гальмування противмиканням для ДПС ЗЗ здійснюється аналогічно, як і для ДПС ПЗ:

– для реактивного характеру моменту навантаження зміною полярності напруги на якорі і введенням у якірне коло додаткового опору Rдод з метою обмеження струму при переході в гальмівний режим;

– для активного характеру моменту навантаження введенням у якірне коло додаткового опору Rдод.

На рис. 12.7 наведена принципова схема ДПС ЗЗ, що реалізує описані способи гальмування.

Рисунок 12.7 – Схема включення двигуна постійного струму змішаного збудження в режимі противмикання

Механічні характеристики в режимі противмикання що отримані при реверсі напруги на якорі є продовженням характеристик двигунного режиму з

ІІІ-го квадранту в ІІ-й (рис. 12.8, відрізок 1-2).

Характеристика в режимі противмикання, для активного моменту навантаження, є продовженням характеристики двигунного режиму з 1-го квадранту в IV- й (рис. 12.8, відрізок 3-4).

Рисунок 12.8 – Механічні характеристики ДПС ЗЗ в режимі противмикання

Електродинамічне гальмування

В режимі динамічного гальмування із збереженням напрямку обертання виникають ті ж проблеми, що й у режимі рекуперативного гальмування, як-от: за рахунок зміни напрямку струму I серієсна обмотка буде розмагнічувати машину і тим самим зменшувати гальмівний ефект (рис. 12.9, II квадрант). Якщо ж динамічне гальмування здійснюється при зміні напрямку обертання (рис. 12.9, IV квадрант), то, навпаки, буде мати місце додаткове намагнічування і збільшення гальмівного ефекту.

Рисунок 12.9 – Механічні характеристики ДПС ЗЗ в режимі динамічного гальмування