Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрический привод. Электрический привод постоянного тока. Часть 2. Учебное пособие
.pdf
41
В регулируемом электроприводе постоянного тока, имеющем линей-
C
C
M
3max
/
max
3
P0
H
/s
H
P0
ные механические характеристики с постоянной жесткостью , располагаю-
щиеся параллельно друг другу, т.к. их положение зависит от величины
управляющего воздействия, абсолютная статическая ошибка будет равна
[17]:
. (58)
Абсолютная статическая ошибка при постоянной жесткости механических характеристик будет неизменной во всем диапазоне регулирования скорости.
Для оценки точности регулирования часто определяют относительное
отклонение скорости от заданного значения
, (59)
где
обусловленное изменением нагрузки;
- наибольшее значение отклонения скорости от заданного значения,
- заданное значение скорости.
Для оценки погрешности регулируемой величины определяют статизм
механической характеристики
, (60)
где
значения;
- перепад скорости при изменении нагрузки от нуля до номинального
- скорость холостого хода на рассматриваемой регулировочной
характеристике.
Плавность регулирования характеризуется разностью двух последо-
вательных значений скорости, представляющих собой ступени регулирования. Чем меньше эта разность, тем более плавно осуществляется регулирование.
Направление регулирования скорости – верх или вниз от основной
скорости, определяется выбором способа регулирования скорости.
42
3. СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
1
Ф=к I
ПОСТОЯННОГО ТОКА С ДВИГАТЕЛЕМ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО И
СМЕШАННОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ
3.1. Двигатели последовательного возбуждения
У двигателей постоянного тока последовательного возбуждения (ДПТ
ПВ) обмотка возбуждения включается последовательно с обмоткой якоря,
поэтому ток якоря равен току возбуждения I = IB, и магнитный поток зависит
от нагрузки, т.е. тока якоря I.
, (61)
где к1 – нелинейная функция, определяемая видом кривой намагничивания
двигателя.
Если двигатель ненасыщен, его магнитный поток прямо пропорционален току в силовой цепи (в формуле (61) к1 = const), тогда электромагнитный
момент будет пропорционален квадрату тока M = AI2; A = const. При токе
двигателя, превышающем номинальное значение, происходит насыщение
магнитной цепи, вследствие чего при росте нагрузки магнитный поток возрастает в меньшей степени, чем ток. Тем не менее, за счет увеличения магнитного потока двигатели последовательного возбуждения развивают повышенный пусковой момент.
Основные преимущества двигателей последовательного возбуждения
перед двигателями независимого возбуждения заключаются в том, что они
развивают большие моменты при одинаковых нагрузках по току якоря и характеризуются большей надежностью системы возбуждения, благодаря повышенному сечению обмотки возбуждения, и малым напряжением между ее
витками.
Они применяются на электротранспорте в качестве тяговых двигателей
при тяжелых условиях пуска и изменяющемся в широких пределах моменте
нагрузки. Двигатели с последовательным возбуждением следует запускать
43
при нагрузке не менее 25% номинальной. Это связано с тем, что при малых
H Я
U I R
ω
к Ф к Ф
H Я
2
U M R
ω
к Ф (к Ф)
H
*
I/II
H
*
M/MM
HH
*
n/n/
*
I
токах якоря скорость холостого хода значительно возрастает, что может привести к «разносу» двигателя [3].
Основные физические процессы, происходящие в ДПТ ПВ, аналогичны
процессам в ДПТ НВ. Уравнения, описывающие естественные статические
электромеханические и механические характеристики ДПТ ПВ, имеют вид
; (62)
. (63)
Однако в ДПТ ПВ поток является функцией тока якоря согласно (61),
что значительно осложняет расчет статических электромеханических и механических характеристик. В справочной литературе и каталогах [3] приводятся универсальные естественные характеристики, построенные в относитель-
ных единицах тока
, момента
и частоты вращения
. Естественная электромеханическая характеристика строит-
ся с использованием универсальных характеристик в следующем порядке [3]:
- задаются значениями тока
в установленном диапазоне;
- по универсальной характеристике определяются относительные значе-
ния частоты вращения n*;
- используя кривую М* = f(I*), определяют относительные значения мо-
мента;
- рассчитывают значения тока и скорости и момента в абсолютных едини-
цах;
- строят естественные электромеханическую и механическую характе-
ристики по вычисленным значениям переменных двигателя.
Скорость ДПТ ПВ регулируется в основном теми же способами, что и
у двигателей независимого возбуждения.
44
Искусственные механические характеристики могут быть получены
тремя основными способами: изменением величины питающего напряжения,
введением добавочного сопротивления в цепь якоря и шунтированием обмотки якоря добавочным сопротивлением.
Регулирование скорости двигателя изменением напряжения U, подводимого к якорной цепи, осуществляется вниз от номинального значения
(рис. 22). Характеристики параллельны и располагаются одна под другой.
Рис. 22. Электромеханические характеристики ДПТ ПВ при изменении
напряжения U
Схема реостатного пуска двигателя последовательного возбуждения в
три ступени приведена рис. 23. Величины пусковых сопротивлений могут
быть рассчитаны, например графо-аналитическим методом с использованием
лучевой диаграммы [3] (рис. 24).
Рис. 23. Схема реостатного пуска двигателя
последовательного возбуждения
45
Ш
U
R
Я
R
овд
+
-
U
R
Ш
Я
R
овд
+
-
U
R
Ш
0
Рис. 24. Статические механические характеристики при ступенчатом
реостатном пуске двигателя последовательного возбуждения
Шунтирование обмотки якоря сопротивлением (рис. 25) позволяет изменить магнитный поток Ф . Ток возбуждения будет равен
IB=IЯ +
. (64)
а б
Рис. 25. Схема двигателя последовательного возбуждения с
шунтированием: а – обмотки якоря; б – обмотки возбуждения
Он содержит постоянную составляющую, не зависящую от нагрузки
двигателя, что позволяет получить пониженную скорость
при отсутствии
нагрузки на валу двигателя, механическая характеристика расположена ниже
естественной (рис. 26).
46
Рис. 26. Электромеханические характеристики ДПТ ПВ при изменении
магнитного потока Ф
Шунтирование обмотки возбуждения позволяет уменьшить ток воз-
буждения и ослабить магнитный поток, механическая характеристика располагается выше естественной (рис. 26).
3.2. Тормозные режимы двигателей постоянно тока последовательного
возбуждения
Двигатели последовательного возбуждения могут работать в двух ре-
жимах торможения: противовключения и динамического торможения. Они
не могут перейти в режим рекуперации, т.к. для этого требуется изменение
направления тока якоря, а полярность полюсов и направление эдс должны
остаться неизменными. На электротранспорте рекуперативное торможение
тяговых двигателей последовательного возбуждения применяется посредством перевода его на независимое возбуждение [3].
Динамическое торможение в двигателях последовательного возбуждения возможно по двум схемам включения: по схеме независимого возбуждения и по схеме самобозбуждения. При схеме с независимым питанием обмотки возбуждения для ограничения тока в этой обмотке в цепь возбуждения
последовательно включают резистор (рис. 27, а). Процесс торможения протекает, как и в двигателе независимого возбуждения [3].
47
Динамическое торможение по схеме с самовозбуждением (рис. 27, б)
гр
гр
гр
гр
а
предусматривает отключение от сети обмотки возбуждения и подключение
ее к якорю через резистор RT. При этом магнитный поток не должен изменить своего направления, поскольку в противном случае будет подавляться
поток остаточного магнетизма и машина размагнитится. В этом случае эдс в
обмотке якоря не будет индуцироваться и торможения не произойдет.
а б в
Рис. 27. Схемы включения двигателя последовательного возбуждения
в тормозных режимах: а, б – динамическом; в - противовключением
Рис. 28. Характеристика динамического торможения с самовозбуждением
48
Торможение противовключением происходит так же, как и в двигате-
Я
R
овд1
+
-
U
овд2
лях независимого возбуждения при изменении полярности напряжения на
клеммах цепи якоря. При этом меняется направление тока в обмотке якоря.
Если направление тока в обмотке возбуждения останется неизменным
(рис. 27, в), то электромагнитный момент изменит свое направление и станет
тормозящим [3,12].
Режимы динамического торможения с независимым возбуждением и
противовключения неэкономичны, они характеризуются значительными потерями энергии.
3.3. Двигатели смешанного возбуждения
В двигателе смешанного возбуждения обмотки последовательного
(ОВД1) и параллельного (ОВД2) возбуждения (рис. 29) всегда включаются согласно, чтобы их магнитодвижущие силы были направлены в одну
сторону.
Рис. 29. Схема подключения к сети двигателя смешанного возбуждения
Механическая характеристика будет мягче, чем у двигателя с парал-
лельным возбуждением, но более жѐсткая, чем у двигателя с последовательным возбуждением, она похожа на механическую характеристику ДПТ с
шунтированием обмотки якоря, когда I
I (рис. 26).
B
Двигатели со смешанным возбуждением применяются при условиях,
когда требуется большой пусковой момент, значительное изменение скорости вращения при изменении нагрузки в широких пределах [3,11]. Наличие
двух обмоток возбуждения увеличивает габариты, массу и стоимость двигателей смешанного возбуждения по сравнению с двигателями независимого и
последовательного возбуждения.
49
4. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОПРИВОДАХ
ПОСТОЯННОГО ТОКА С ДВИГАТЕЛЕМ НЕЗАВИСИМОГО
ВОЗБУЖДЕНИЯ
4.1. Общие сведения о переходных процессах
Переходные процессы в электроприводе происходят при переходе из
одного установившегося состояния в другое. Во время переходного процесса
могут изменяться скорость, ток якоря, магнитный поток, момент, температура двигателя. Тепловые переходные процессы в данном учебном пособии не
рассматриваются.
Переходные процессы возникают в электроприводах постоянного тока
при его пуске, торможении, реверсировании, изменении нагрузки в механической части привода, изменении напряжения в питающей сети и при других
управляющих и внешних возмущающих воздействиях.
В зависимости от вида энергии, изменяющейся в переходном процессе,
различают электромеханические и электромагнитные процессы. В движущихся частях электропривода накапливается кинетическая энергия, а в индуктивностях – электромагнитная. Электромеханические переходные процессы сопровождаются изменением кинетической энергии. Электромагнитные переходные процессы сопровождаются изменением электромагнитной
энергии в обмотках двигателя.
Характер переходных процессов в электроприводе, обусловленных
наличием механической и электромагнитной инерции, преобразованием и
обменом энергии между накопителями, существенно зависит от соотношения
электромеханической и электромагнитной постоянных времени.
Переходные процессы могут быть описаны с помощью дифференциальных уравнений, решение которых характеризует поведение электропривода в переходном и установившемся режимах при заданных начальных и
конечных условиях.
50
Основной управляемой переменной электропривода является скорость,
dt
d
JMM
C
П
M=M -βω
0
0Ï
/M
0
Σ ПC
dω
J+β ω=M -M
dt
CM
dt
d
T
другая переменная - момент на валу, в установившемся режиме определяется
нагрузкой со стороны механизма, а в переходных режимах может формироваться системой электропривода в зависимости от предъявляемых требований к динамике путем управления током якоря двигателя.
4.2. Электромеханические переходные процессы, определяемые
механической инерционностью электропривода
При рассмотрении электромеханических переходных процессов индук-
тивностью обмотки якоря пренебрегают, считая LЯ = 0.
Уравнение движения электропривода имеет вид:
. (65)
Линейная механическая характеристика электропривода постоянного
тока (рис. 1) описывается уравнением
, (66)
где МП – пусковой момент двигателя при
механической характеристики;
- угловая скорость холостого хода.
;
Решив совместно уравнения (65) и (66), получим
. (67)
- модуль жесткости
Полученное дифференциальное уравнение целесообразно преобразо-
вать к виду
, (68)
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]