Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрический привод. Учебное пособие
.pdf
рости, тока, температуры и т. д. Наличие переходных процессов (переходных режимов) обусловлено изменениями энергии
в элементах привода. Энергия не может изменяться скачком,
соответственно не может скачком изменяться координата,
определяющая соответствующую энергию. К примеру, кине-
тическая энергия механической части привода
кин
2
2/
JW
то есть скорость не может изменяться скачкообразно.
Скорости изменения координат определяются соответствующими постоянными времени – электромагнитными,
электромеханическими, тепловыми. К примеру, электромаг-
нитная постоянная времени якоря ДПТ rLТ
/ определяет
я
скорости изменения тока и энергии магнитного поля.
В электроприводе выделяют, в частности, следующие
виды переходных процессов:
- тепловые, характеризующие изменение температуры
элементов;
- электромагнитные, характеризующие изменение то-
ков;
- механические, характеризующие изменение скоро-
сти;
- электромеханические – процессы совместного изме-
нения токов и скорости.
В принципе все переходные процессы происходят одновременно, однако ввиду существенной разницы в значениях
постоянных времени во многих случаях можно отдельно рассматривать те или иные виды процессов. К примеру, постоянные времени нагревания электрических машин в десятки раз
превышают электромеханические и электромагнитные постоянные времени, поэтому электромеханические переходные
процессы обычно анализируют при условии постоянства температуры двигателя. В случае, когда электромагнитные постоянные времени существенно меньше электромеханических,
отдельно рассматривают механические переходные процессы,
считая равными нулю электромагнитные постоянные времени.
,
81
Рассмотрим процессы прямого пуска и реверса ДПТ
dt
при наличии постоянного потока возбуждения и допущении о
равенстве нулю индуктивности якорной цепи и соответственно, равенстве нулю электромагнитной постоянной времени. В
этом случае ДПТ представляется апериодическим звеном и
при скачкообразном изменении напряжения якоря ток также
изменяется скачком. При выбранном допущении система
уравнений (4.12) выглядит как
СIrU
; (4.44)
СIM
; (4.45)
d
JMM
, (4.46)
C
где
KC .
Процессы пуска и реверса ДПТ при активном моменте
нагрузки CM иллюстрирует рис. 4.17.
На рис. 4.17, а изображены графики механической характеристики нагрузки 1 и электромеханических и механических характеристик двигателя 2, 3, соответствующие двум
напряжениям якоря, имеющим разные знаки. На рис. 4.17, б
приведены графики изменения во времени скорости , тока
якоря I и электромагнитного момента M.
В момент 0t на якорь ДПТ подается напряжение, ток
якоря изменяется скачком до КЗI и ДПТ развивает момент
М (точку А на рис. 4.17, а). В этом случае
КЗ
ветствии с уравнением движения (4.46) 0
MМ и в соот-
C
dt/d
, то есть
скорость двигателя увеличивается. С ростом разность
MM уменьшается (участок АВ на характеристике 2), соот-
C
ветственно уменьшаются и угловое ускорение и ток. Установившиеся значения скорости , и тока CI определяются точ-
кой пересечения В характеристик 1 и 2:
82
U
CrMCUdt
1
C
M
I
C
C
В момент
якоря скачкообразно изменяется до значения
ет момент
(точка С на рис. 4.17, а). Разность
M
P
rM
C
C
,
2
C
.
t
1
(4.47)
изменяется знак напряжения якоря, ток
и ДПТ созда-
I
P
MM от-
C
рицательна и скорость уменьшается. После реверса установившееся значение скорости
определяется точкой D пере-
2
сечения характеристик 1 и 3. Точке D соответствует режим рекуперативного торможения.
Для получения уравнений, описывающих переходные
процессы, преобразуем систему (4.44) – (4.46) к виду
d
где
2
/CJrTM - электромеханическая постоянная времени.
Т
М
C
, (4.48)
2
Выражение (4.48) – неоднородное дифференциальное
уравнение первого порядка. Решение такого уравнения
t
T
Ае
M
, (4.49)
где
вын
и
- вынужденная и свободная составляющие; А -
св
вынсввын
величина, определяемая начальными условиями.
Для процесса пуска
,
1
Авын
t
T
M
. (4.50)
)1(
е
. Отсюда имеем
А
1
Уравнение для тока якоря при пуске
t
T
M
еIIII
)( . (4.51)
СКЗC
Касательная, проведенная к графику
в момент 0t ,
)(t
83
84
Рис. 5.17. К процессам пуска и реверса ДПТ при активной нагрузке.
I
Р
2
1
I С I M I,
t 0 t 1 I С , М С I t
М
КЗ
,
I
КЗ
б
) В 1 2 3 А С D М
С
1
2
I С I
КЗ М КЗ I Р
I
, М, М С
а) , М
Рис. 4.17. К процессам пуска и реверса ДПТ при активной нагрузке
пересекает горизонтальную линию со значением
+ -
ном
I
I
вФнас
I
времени
.
Т
М
в момент
1
Теоретически переходный процесс длится бесконечно,
однако практически считают, что время переходного процесса
Tt )43(
MП
. При
скорость
Tt 3
M
.
95,0
1
Значения токов при прямом пуске и реверсе могут
многократно превышать номинальный ток.
4.4. Двигатели постоянного тока последовательного
возбуждения
В рассматриваемом двигателе якорь и обмотка воз-
буждения ОВ включены последовательно и ток якоря I равен
току возбуждения вI (рис. 4.18, а). Магнитный поток и ток
возбуждения связаны кривой намагничивания (рис. 4.18, б),
соответственно - функция тока якоря
.
I
а) б)
I
Ф
Ф
U
боты запишем:
ОВ
I
в
гр
Рис. 4.18. Схема включения ДПТ последовательного
возбуждения (а) и кривая намагничивания (б)
С учетом (4.8), (4.10) для установившегося режима ра-
85
ном
=I
;IkrIU
,IIkM
где r- сопротивление цепи якоря.
Отсюда уравнения статических электромеханической
и механической
If
U
U
IK
IK
характеристик
Mf
Ir
;
IK
Mr
.
IK
Для упрощения анализа аппроксимируем кривую
намагничивания двумя прямыми (рис. 4.18, б). При
I
- граничный ток) магнитный поток пропорционален току
гр
якоря, то есть
. Соответственно, когда
нас
K
IKф
, а при
U
K
Ir
наснас
II
поток постоянен
гр
II
,
гр
;
(4.55)
(4.52)
(4.53)
(4.54)
II
(
гр
U
K
Мr
K
.
(4.56)
22
наснас
Уравнения (4.55), (4.56) аналогичны уравнениям ста-
тических характеристик ДПТ независимого возбуждения.
Когда
II
, имеем
гр
U
U
r
KK
IKK
MKK
;
(4.57)
r
.
KK
(4.58)
Графики статических характеристик приведены на
рис. 4.19.
86
а) б)
ном
ном
I
I
ном
М
М
ω
ω
ω
ω
ном
Рис. 4.19. Электромеханическая (а) и механическая (б)
характеристики ДПТ последовательного возбуждения
В области малых нагрузок характеристики имеют ги-
перболический характер. При принятой модели двигателя скорость идеального холостого хода
0
KU
ост
, где
- поток остаточного намагничивания.
ост
0
Эта скорость очень велика и недопустима по условиям механической прочности. В связи с этим ДПТ последовательного
возбуждения нельзя включать при малых нагрузках.
Когда
(10 - 15) % относительно
допустимых перегрузках по току
способность по моменту
II , магнитный поток можно увеличить на
ном
(рис. 4.18). В связи с этим при
МM
номдопM
Изменение полярности напряжения U в схеме
рис. 4.18, а приводит к одновременному изменению знаков тока
якоря и магнитного потока, то есть знак электромагнитного момента не меняется и реверса не происходит. Для осуществления
реверса необходимо изменить полярность лишь одного из токов.
Форма механической характеристики определяет области применения ДПТ последовательного возбуждения – механизмы, где с уменьшением момента желательно повышение
скорости.
ном
. Реально скорость
перегрузочная
522 ,I
0,35,2
.
87
4.5. Двигатели постоянного тока смешанного возбуждения
+ -
+
ном
I
нв
I
Рассматриваемые двигатели имеют обмотки независимого и последовательного возбуждения ОНВ и ОПВ
(рис. 4.20, а).
Зависимость магнитного потока от тока якоря приведена на рис. 4.20, б. Поток
симого возбуждения. Обычно
дельном токе
II
потоки, создаваемые ОНВ и ОПВ, взаим-
пр
создается обмоткой незави-
НВ
85,07,0 . При пре-
номНВ
но компенсируются.
Графики электромеханической и механической характеристик приведены на рис. 4.21.
а) б)
U
ОНВ
в
I
вн
-
Φ
Φ
I
ОПВ
Φ
пр
Рис. 4.20. Схема включения (а) и характеристика
намагничивания (б) ДПТ смешанного возбуждения
Скорость идеального холостого хода определяется по-
током обмотки независимого возбуждения
Обычно
6,13,10 .
ном
88
ном
I
КU
.
0
НВном
а) б)
ном
I
I
0
+ -
=
включения УКД
ном
М
М
0
М
ω
ω
ω
пр
Рис. 4.21. Статические характеристики ДПТ
смешанного возбуждения
max
ω
ω
ω
ном
При
мент 0
М . Максимальное значение момента в режиме реку-
перативного торможения
II
скорость
пр
max
, электромагнитный мо-
ММ 7,03,0
.
ном
Перегрузочная способность двигателя по моменту
.
М
7,22,2
4.6. Универсальные коллекторные двигатели
Как уже отмечалось, изменение полярности напряжения
в схеме рис. 4.18, а не приводит к реверсу ДПТ последовательного возбуждения, откуда можно сделать вывод о возможности питания двигателя переменным напряжением. В универсальных коллекторных двигателях (УКД) также как и в ДПТ
последовательного возбуждения
якорь и обмотка возбуждения
или
включены последовательно (рис.
4.22). Двигатели могут питаться
как постоянным, так и однофазным переменным напряжением. В
Рис. 4.22. Схема
отличие от классических ДПТ
магнитопровод статора УКД вы-
89
полняется шихтованным, так как при питании переменным током поток возбуждения пульсирующий.
Основной недостаток УКД обусловлен тем, что пульсирующий поток наводит в якоре трансформаторную ЭДС.
Так как в моменты коммутации щетки закорачивают катушки
якоря, наличие трансформаторной ЭДС приводит к повышенному искрению под щетками и радиопомехам.
Для уменьшения радиопомех УКД оснащаются фильтрами.
Универсальные коллекторные двигатели широко при-
меняются в бытовых приборах.
4.7. Основные способы регулирования скорости
двигателей постоянного тока независимого возбуждения
Обратимся к уравнению механической характеристики
(4.15). Момент М определяется нагрузкой, соответственно для
изменения скорости можно менять три параметра: напряжение якоря; магнитный поток; сопротивление якорной цепи.
Исходя из этого, можно выделить три основных способа регулирования скорости двигателей постоянного тока независимого возбуждения:
- реостатный (введением в цепь якоря добавочных со-
противлений R
доб
);
- якорный (регулированием напряжения якоря U);
- полюсный (регулирование магнитного потока Ф).
Рассмотрим реостатный способ регулирования.
Значение добавочного сопротивления обычно изменяют
ступенчато за счет шунтирования резисторов в цепи якоря
контактами контакторов. На рис.4.23 приведена схема с двумя
добавочными резисторами и с двумя контактами К1 и К2.
Напряжение якорной цепи равно U
возбуждения - U
в ном
.
, напряжение обмотки
ном
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]