Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрический привод. Электрический привод постоянного тока. Часть 2. Учебное пособие
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
В.Н. МЕЩЕРЯКОВ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА
Часть 2
Учебное пособие
Липецк
Липецкий государственный технический университет
2016
УДК 621.313.33
М565
Рецензенты:
Кафедра электропривода и мехатроники Магнитогорского государственного
университета им. Носова В.А.; зав. каф. канд. техн. наук, доц. Николаев А.А.;
Литвиненко А.М., д-р техн. наук, профессор Воронежского государственного
технического университета
Мещеряков, В.Н.
М565 Электрический привод. Электрический привод постоянного тока. Ч.2
[Текст]: учеб. пособие / В.Н. Мещеряков. – Липецк: Изд-во Липецкого
государственного технического университета, 2016. - 61 с.
ISBN 978-5-88247-668-6
ISBN 978-5-88247-809-3 (Ч.2)
В учебном пособии рассматриваются особенности построения систем
электропривода постоянного тока, их статические электромеханические и
механические характеристики в двигательном режиме и при торможении,
анализируются способы регулирования скорости электроприводов,
выполненных на базе двигателя постоянного тока независимого,
последовательного и смешанного возбуждения.
Учебное пособие предназначено для студентов направления
«Электроэнергетика и электротехника», может быть полезно инженерам, чья
деятельность связана с наладочными операциями и эксплуатацией систем
электропривода.
Ил.33. Библиогр.: 15 назв.
Рекомендовано УМС ЛГТУ в качестве учебного пособия для студентов ЛГТУ,
обучающихся по направлению 13.03.02 «Электроэнергетика и
электротехника»
Печатается по решению редакционно-издательского совета ЛГТУ
ISBN 978-5-88247-668-6 © ФГБОУ ВО «Липецкий государственный
ISBN 978-5-88247-809-3 (Ч.2) технический университет», 2016
© Мещеряков В.Н., 2016
3
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ..…………………………………………………………………... 5
1. СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
ПОСТОЯННОГО ТОКА С ДВИГАТЕЛЕМ НЕЗАВИСИМОГО
ВОЗБУЖДЕНИЯ ……………………………………………………………… 6
1.1. Основные зависимости и уравнения двигателей постоянного тока
независимого возбуждения …………………………………………………... 6
1.2. Естественные и искусственные характеристики двигателей
постоянного тока независимого возбуждения ……………………………... 12
1.3. Основные способы регулирования скорости электропривода
постоянного тока с двигателем независимого возбуждения ……………… 14
1.3.1. Изменение суммарного сопротивления цепи якоря ………………... 15
1.3.2. Изменение напряжения, подводимого к обмотке якоря ...…………. 18
1.3.3. Ослабление магнитного потока возбуждения ………………………. 20
1.3.4. Регулирование скорости двигателей постоянного тока независимого
возбуждения шунтированием обмотки якоря .........................…………… 21
1.4. Тормозные режимы двигателей постоянного тока независимого
возбуждения ………………………………………………………………….. 22
2. РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА НЕЗАВИСИМОГО
ВОЗБУЖДЕНИЯ В СИСТЕМЕ «УПРАВЛЯЕМЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ –
ДВИГАТЕЛЬ» …………………………………………………………..…… 28
2.1. Регулирование скорости двигателя постоянного тока независимого
возбуждения в системе «управляемый преобразователь – двигатель» …....28
2.2. Двухзонное регулирование скорости электропривода
постоянного тока с двигателем независимого возбуждения ……...………. 36
2.3. Показатели качества регулирования скорости ………………………… 39
3. СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
ПОСТОЯННОГО ТОКА С ДВИГАТЕЛЕМ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО И
СМЕШАННОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ …………………………………...……. 42
3.1. Двигатели последовательного возбуждения ………………………...… 42
4
3.2. Тормозные режимы двигателей постоянно тока последовательного
возбуждения ...…………………………………………………………...…… 46
3.3. Двигатели смешанного возбуждения ……………………………………48
4. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОПРИВОДАХ ПОСТОЯННОГО
ТОКА С ДВИГАТЕЛЕМ НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ …………. 49
4.1. Общие сведения о переходных процессах ……………………………. 49
4.2. Электромеханические переходные процессы, определяемые
механической инерционностью электропривода ………………………….. 50
4.3. Переходные процессы в электроприводе постоянного тока при учете
влияния электромагнитной инерции якоря ………………………………… 54
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………...….. 58
Библиографический список ………………………………………………..... 59
5
ВВЕДЕНИЕ
Учебное пособие предназначено в первую очередь для студентов
направления «Электроэнергетика и электротехника». Основная задача, поставленная в данном учебном пособии, - дать студентам общее представление об основных системах электропривода постоянного тока, необходимые
сведения о составе электропривода, принципах построения и физических
основах его работы. Материал учебного пособия направлен на разъяснение
и систематизацию основных понятий, определений, зависимостей и уравнений двигателей постоянного тока независимого, последовательного и смешанного возбуждения. Значительное внимание уделено рассмотрению особенностей построения систем электропривода постоянного тока, их статических электромеханических и механических, а также динамических характеристик, анализу способов регулирования скорости и торможения электроприводов, силовой элементной базе систем регулируемого тиристорного
электропривода.
Современные системы регулируемого электропривода постоянного
тока, построенные в основном на базе двигателя постоянного тока независимого возбуждения, оснащенные системами автоматического управления,
содержащими замкнутые контуры регулирования переменных двигателя,
работают на ответственных механизмах, таких как обрабатывающие станки,
прокатные станы и др. Решение задач анализа и синтеза таких систем
управления электроприводом постоянного тока требует точного математического описания двигателя и других силовых элементов системы. В учебном пособии рассматривается работа двигателей постоянного тока в двигательном и тормозном режиме, при простых схемах управления и работе
совместно с тиристорным преобразователем. Приводятся статические и динамические характеристики основных типовых систем электропривода постоянного тока.
6
1. СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
c
M
2
м
Я
R
Я OЯ ДП КО Щ
R R R R R
ПОСТОЯННОГО ТОКА С ДВИГАТЕЛЕМ НЕЗАВИСИМОГО
ВОЗБУЖДЕНИЯ
1.1. Основные зависимости и уравнения двигателей постоянного
тока независимого возбуждения
Двигатели постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ)
применяются в электроприводах производственных механизмов (прокатные
станы, мощные экскаваторы, электротранспорт и др.), требующих плавного
регулирования частоты вращения в широком диапазоне, точного поддержание заданной частоты вращения, большого пускового момента.
Работа двигателя постоянного тока характеризуется следующими пе-
ременными и параметрами: М – электромагнитный момент двигателя, Н.м;
– угловая скорость двигателя, рад/с;
– статический момент, приложен-
ный к валу двигателя со стороны производственного механизма, Н.м; U –
напряжение, приложенное к якорной цепи В; Е – электродвижущая сила
(эдс), направленная в двигательном режиме машины постоянного тока
навстречу напряжению, В; I – ток якоря двигателя, А; Ф – магнитный поток
обмотки возбуждения, Вб, и определяется параметрами двигателя: J – суммарный момент инерции механической системы (двигателя и механизма,
приведенный к валу двигателя), кг
.
;
– сопротивление цепи якоря дви-
гателя, Ом; k – конструктивный коэффициент двигателя.
Сопротивление цепи якоря двигателя постоянного тока независимого
возбуждения RЯ определяется суммарным сопротивлением последовательно
соединенных элементов
где RОЯ – сопротивление обмотки якоря; Ом; RДП – сопротивление обмотки
дополнительных полюсов, Ом; RКО – сопротивление компенсационной
, (1)
7
обмотки, Ом; RЩ – сопротивление щеточного узла, Ом.
ß
R
Я OЯ ДП КО Щ
R (R R R R ) k
k
1
310
235
k
1
Щ
ΔU
Ù
U
Σ ЯД
R =R +R
30/n
При расчете характеристик двигателя сопротивление цепи якоря двига-
теля
приводится к рабочей температуре обмоток по формуле
, (2)
где
– температурный коэффициент.
Температурный коэффициент для меди при рабочей температуре обмо-
ток 75оС рассчитывается как [1]:
, (3)
где
– температура окружающей среды, при которой измерены сопротивле-
ния обмоток.
Сопротивление контакта «коллектор-щетка» зависит от материала щеток, качества контактной поверхности, величины протекающего тока. Контактное сопротивление (RЩ =
напряжения на щетке
, которое зависит от материала щеток (для угольно
/IH) более удобно учитывать падением
графитовых щеток – 2,0 В, для электрографитовых – 3,0 В, для меднографитовых – 0,5 В) [8].
В цепь якоря двигателя может вводиться внешнее добавочное сопро-
тивление RД, Ом, в качестве которого может служить внутреннее сопротивление источника питания, например, вентильного преобразователя, тогда
суммарное сопротивление цепи якоря
. (4)
Угловая скорость двигателя , рад/с связана с частотой вращения n,
об/мин, часто употребляемой при описании двигателя и приводимой в каталожных данных, выражением
. (5)
8
Для расчета основных характеристик двигателя необходимо опреде-
E кФω
M=к Ф I
n
pN
1
к=
2πa
R
EU
I
c
M M J d / dt J p ,
лить зависимости эдс и момента от параметров двигателя.
Эдс наводится в обмотке якоря, вращающегося с угловой скоростью
при наличии магнитного потока Ф
. (6)
Для создания электромагнитного момента двигателя постоянного тока
по обмотке возбуждения должен протекать ток возбуждения, создающий
магнитный поток Ф, по обмотке якоря должен протекать ток якоря I
. (7)
В уравнения (6), (7) входит конструктивный коэффициент двигателя -
к, который определяется по формуле
,
, (8)
где рn – число пар главных полюсов; N – число проводников на якоре;
а – число параллельных ветвей на якоре.
Ток якоря протекает по цепи якоря двигателя за счет действия напря-
жения U, которому противодействует эдс Е, вырабатываемая в обмотке якоря
при его вращении, величина тока ограничивается суммарным сопротивлением цепи якоря
. (9)
Уравнение движения электропривода, основанное на втором законе
Ньютона для вращательного движения, имеет следующий вид:
где p = d/dt – оператор.
(10)
9
Для двигателя постоянного тока, питающегося от источника регулиру-
dt
dI
LRIEU
Σ ЯД
L =L +L
Я
L
Д
L
ЯЯ
dI
U=E+I R +L
dt
Я
U=E+ I R
Я
IR
U
ω
к Ф к Ф
Я
2
MR
U
ω
к Ф (к Ф)
емого напряжения U, уравнение баланса напряжений в неустановившемся
режиме при изменении тока якоря имеет вид
, (11)
где
дуктивность обмоток цепи якоря
точника питания
- суммарная индуктивность цепи якоря, Гн, включающая ин-
, Гн, и добавочную индуктивность ис-
, Гн.
Если двигатель питается от идеального источника, не имеющего внутреннего сопротивления, уравнение баланса напряжений в неустановившемся
режиме имеет вид
. (12)
В установившемся режиме уравнение баланса напряжений имеет вид
. (13)
Частоту вращения якоря двигателя, питающегося от идеальной сети по-
стоянного тока с нулевым внутренним сопротивлением, можно определить
по формуле, получаемой при совместном решении уравнений (4) – (5)
. (14)
Зависимость (4) называется электромеханической характеристикой
двигателя постоянного тока.
Уравнение механической характеристики получается при подстановке
выражения (7) в выражение (14):
. (15)
10
Зависимости (14) и (15) можно представить в виде выражения
ωωω
0
0
0
(I)М
сМc
M
П
М
)I(f
)M(f
0
U
ω
кФ
Статическая механическая характеристика электропривода постоянно-
го тока приведена на рис.1.
. (16)
Рис. 1. Статическая механическая характеристика электропривода
постоянного тока
При постоянстве магнитного потока, в соответствии с выражением (7),
момент двигателя прямо пропорционален току якоря, зависимость М = f(I)
линейная, поэтому электромеханические характеристики
ческие характеристики
совпадают при соответствующем выборе
и механи-
масштаба переменных по горизонтальной оси тока I и момента М.
Момент, развиваемый двигателем в установившемся режиме, равен
статическому моменту Мс, создаваемому силами сопротивления на его валу.
Угловой скоростью идеального холостого хода является величина
. (17)
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]