Тема 2.Методика расчета статических характеристик и параметров электропривода постоянного тока с двигателем независимого (параллельного) возбуждения.

На основании известных номинальных паспортных данных ДПТНВ и заданных режимов его работы рассчитать характеристики и параметры ЭППТ:

1. естественные характеристики (I) и ;

2. искусственные характеристики (I) и ;

3. сопротивления пусковых резисторов;

4. сопротивление тормозных резисторов;

5. параметры структурной схемы двигателя;

6. момент холостого хода двигателя;

7. энергетические показатели привода в установившемся режиме работы;

8. Пример расчета .

Некоторые серии двигателей постоянного тока и их краткая характеристика.

1. Серия П (а настоящее время снята с производства, но имеется в эксплуатации).

Основная часть двигателей в этой серии охватывает 11 габаритов и имеет основные технические данные:

Номинальные мощности: Р_Н=0,3-200 кВт

Номинальные скорости вращения: n_Н=600,750,1000,1500,3000 об/мин.

Номинальные напряжения: U_Н=110,220 В.

Серия имеет также модификацию двигателей с широкими диапазонами регулирования скорости вращения путем ослабления поля:

Д=1:2,25; 1:3; 1:4; 1:6; 1:8.

Серия П включает в себя и более мощные машины габаритов 12-17. При этом:

U_Н=220,330440,660 В.

P_H=55-1400 кВт

n_Н=300-1000об/мин

Основные исполнение машин брызгозащитное, имеется модификация с закрытым

исполнением. 11 габаритов серии охватывают диаметр якоря от 83 до 368 мм.

Примеры типов двигателей серии П:

П-81, П-82

Расшифровка обозначения типа: машина серии П, 8-го габарита по диаметру якоря, 1-го

и 2-го размера по длине якоря.

2. Серия 2П. Р_Н=0,13-200 кВт; U_Н=110-220 В

Серия предназначена для рекуперативных ЭППТ при питании от ТППТ.

Высота оси вращения 63-1000 мм.

Примеры обозначений типов двигателей серии 2П:

2П-160L, 2П-400S.

Расшифровка обозначения типов: двигатели серии 2П; 160-400 – высота осей вращения, мм;

L,S – длина якорей. (L-длинная, S-короткая, М -средняя)

Серия 2П имеет встроенный тахогенератор.

3. Серия 4П. U_Н=110,220 В, n_Н=750-3000 об/мин

Номинальный вращающийся момент М_Н=2,3-1500 Н*м

4. Серия Д (краново-металлургическая серия).

Эти двигатели предназначены для повторно-кратковременного режима работы, номинальный ПВ%_Н=40%.

Допускают от 300 до 2000 включений в час.

Р_Н=2,4-83 кВт; U_Н=220,440 В;

Тихоходные двигатели имеют n_Н=460-1200 об/мин

Быстроходные двигатели имеют n_Н=1050-1460 об/мин

Двигатели серии Д имеют меньший момент инерции J_Д по сравнению с двигателями общепромышленного исполнения.

Двигатели имеют следующие перегрузки по току якоря в течении времени:

1. Д12-Д32, I_ДОП=3^.I_Н, t=30 c.

2. Д41, Д806-Д818, I_ДОП=3^.I_Н, t=60 c.

5. Серия двигателей для электроприводов металлообрабатывающих станков: БПВ, 2П, ПБ2П, ПО2П, 2ПФЩ, 4П, ПБСТ,ПГТ,ДК1,ДК2.

Двигатели имеют встроенные тахогенераторы серии ТС, ТСТ, ТС3Р, ТС3П и др.

Технические данные других серий двигателей приведены в (2,3).

Методика рачета

1. Расчет естественных характеристик (I) и

Для расчета естественной электромеханической (I) и механической характеристик следует использовать известные уравнения /1;13;14/:

1.2

где U=U_H; ;

Конструктивный коэффициент -

Задаваясь током якоря I или электромагнитным моментом М в определенных пределах, рассчитать и построить характеристики (I),.

Известно, что характеристики рассматриваемого электропривода при принятых допущениях (1) являются линейными. Линейные характеристики целесообразно построить по двум характерным точкам, которые имеют следующие координаты в осях (I) , :

1 точка:

2 точка:

Координаты первой точки (режим идеального холостого хода привода)

или

Коэффициент ЭДС двигателя при номинальном потоке Ф_Н:

(В^.с) (2.2)

Сопротивление якорной цепи ДПТНВ:

, (3.2)

где R_ЯХ – сопротивление якорной цепи в холодном состоянии;

 =0,004 – температурный коэффициент сопротивления меди (=0,0042 – для алюминия);

t_НАГР, t_Х – температуры двигателя в нагретом (рабочем) и холодном состояниях.

_Я – сопротивление якоря в относительных единицах.

- номинальное сопротивление машины

Согласно ГОСТ 183-74 в электрических машинах при классах нагревостойкости изоляции обмоток А Е В t_НАГР=75⁰С, а при классах изоляции F и H t_НАГР=115⁰С /2/.

Сопротивление R_ЯХ согласно /2,3,4/:

Если не представляется возможным найти составляющие последнего выражения можно использовать формулу (1):

;

Формула дает сопротивление R_Я в нагретом состоянии.

Величину сопротивления R_Я можно рассчитать иначе:

(Для алюминия принят коэффициент - 245)

Отсюда зная величину сопротивления R_Я в нагретом состоянии, можно определить температуру нагрева обмотки якоря двигателя:

Номинальная угловая скорость вращения:

(1/с)

Для нахождения координат второй точки естественной характеристики определяется номинальный электромагнитный момент:

(Н*м) (4.2)

По найденным координатам расчетных точек строятся естественные характеристики (I) и . (см. рис.1.2).

Рис. 1.2. Семейство характеристик ЭППТ с ДНВ.

Помимо рассмотренной выше методики расчета характеристик в абсолютных (именованных) единицах известен метод расчета характеристик в относительных единицах.

Уравнения характеристик и() в относительных единицах:

где - относительная угловая скорость вращения;

- относительный ток якоря двигателя;

- относительный электромагнитный момент;

- относительное сопротивление якоря цепи двигателя,

- номинальное сопротивление ДПТНВ.

Важно, что при i==1 , т.е. при номинальной нагрузке двигателя относительное падение скорости равно относительному сопротивлению.

Характеристики привода (i), () показаны на рис. 2.2.

 (о.е.)

1

=_Я

естест

_Н

0,5

i, (о.е.)

0,5

1,0

Рис.2.2. Характеристики привода в относительных единицах

II Расчет искусственных характеристик

Известны три вида искусственных характеристик.

А. Искусственные (реостатные) характеристики при

R_Д – дополнительное сопротивление, включенное в якорную цепь двигателя, считаем его известным.

При заданном R_Д расчет характеристик выполняется аналогично расчету естественной характеристики по двум точкам, с использованием уравнений:

Коэффициент К (см. ранее) остался неизменным, т.к. его значение не зависит от R_Д. Реостатные характеристики см. на рис. 1.2.

Если требуется определить значение R_Д, которое необходимо включить в цепь якоря ДПВ, чтобы реостатная характеристика проходила через точку 1 (рис.1.2.) с заданными координатами ₁, М₁, то

Значение добавочного сопротивления можно получить также, используя формулу /13/:

,

где - статические падения скорости на искусственной и естественной характеристиках в заданной точке 1 (рис. 1.2.).

Реостатные характеристики можно рассчитать в относительных единицах.

Б. Искусственные характеристики при U=var ДПТНВ.

Расчет характеристик (I), (М) при U=U₁< U_H выполняют также по двум точкам, используя уравнения (U₁ известно):

Коэффициент остается неизменной величиной. Характеристика, соответствующая условиюU₁< U_Н, показана на рис. 1.2.

Если требуется определить напряжение U₁, которое необходимо подать на якорную цепь ДПТНВ, чтобы он работал на заданной точке 1 (рис. 1.2.) искусственной характеристики, его вычисляют по формуле:

(5.2.)

В Искусственные характеристики при Ф=var.

Расчет характеристик при ослабленном магнитном потоке Ф=Ф₂< Ф_Н выполняется по условиям (Ф₂ задано):

Здесь - коэффициент ЭДС двигателя, соответствующий ослабленному значению магнитного потока. Конструктивный коэффициент:

где Р_П, N, W_Я , а - соответственно число пар полюсов ОВД, активных проводников, витков и пар параллельных ветвей обмотки якоря (см. обмоточные данные ДПТ НВ/2,3,4/).

Характеристика при Ф₂ <Ф_Н показана на рис.1.2.

Если требуется определить значение потока Ф₂, обеспечивающего работу двигателя в точке 2 (рис. 1.2.) с заданными координатами [₂, М₂], предварительно вычисляется коэффициент К₂, соответствующий этому потоку:

(6.2.) или

тогда

(Вб)

Зная найденное значение Ф₂ и имея кривую намагничивания машины Ф=f(I_В), находится ток возбуждения I_В2, который должен протекать по ОВД для создания этого потока (рис. 3.2.).

Добавочное сопротивление, которое следует включить в цепь ОВД для обеспечения этого тока

;

где U_ВН, R_ОВ – номинальное напряжение возбуждения двигателя и активное сопротивление ОВ в нагретом состоянии.

Кривую намагничивания машины необходимо предварительно рассчитать и построить в системе координат Ф(I_В)

Ниже в табличном виде приведена универсальная кривая намагничивания ДПТНВ (7,с.34)

Таблица 1.2.

IВ	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2	1,3
	0,20	0,37	0,53	0,65	0,74	0,82	0,88	0,93	0,96	1,0	1,03	1,05	1,07

Здесь,, Ф_Н Вб

Используя данные табл.1.2., необходимо построить кривую намагничивания Ф=f(I_В) в абсолютных единицах. (рис.3.2.).

Рис. 3.2. Характеристика намагничивания ДПТ.

ПРИМЕЧАНИЕ:

Если ОВД питается от тиристорного возбудителя, то на нее необходимо подать напряжение:

III. Расчет сопротивлений пусковых резисторов

Возможны графический и аналитический метод расчета /4/.

Рассмотрим графический метод. На рис 4.2. изображена схема реостатного пуска ДПТ и соответствующая ей пусковая диаграмма. На схеме рис.4.2а Л, 1У, 2У, 3У - контакты контакторов соответственно линейного и ускорения; ч1, ч2, ч3, R1, R2, R3 – сопротивления секций и ступеней пусковых резисторов.

На пусковой диаграмме (рис. 4.2б) обозначены соответственно:

М₁, I₁ – пусковые моменты и ток ДПТ; М₂, I₂ – момент и ток переключения; М_С, I_С – статические момент и ток якоря.

При построении пусковой диаграммы принято:

где М_ДОП, I_ДОП – допустимые по условиям коммутации ДПТНВ момент и ток.

Для двигателей серии Д М_ДОП задается в каталогах (справочниках), тогда

Для двигателей серии П, 2П принимают

при Ф=Ф_Н или =0_Н

При Ф<Ф_Н (_Н)

Кроме того

Рис. 4.2. Схема реостатного пуска и пусковая диаграмма ЭППТ с ДНВ.

Сопротивление первой пусковой ступени

Сопротивление ступеней и секций пускового реостата соответственно:

,

,

Рассмотрим аналитический метод расчета пусковых резисторов.

Задаются числом m пусковых ступеней (на рис.4.2а m=3).

Рассчитывается сопротивление R₁ первой ступени (см. выше). Далее рассчитывается величина  - отношение моментов (токов) пускового и переключения:

Тогда сопротивления ступеней и секций:

,

IV. Расчет сопротивлений тормозных резисторов.

Тормозное сопротивление для режима динамического торможения (см. характеристику А на рис. 1.2):

,

где _НАЧ – начальная скорость торможения (в частном случае );.

Коэффициент К определяется по формуле 2.2.

Тормозное сопротивление для режима противовключения (см. характеристику В на рис. 1.2.):

Расчет характеристик (I), (М) в режиме динамического торможения при заданном значении R_Т выполняется по формулам:

Расчет характеристик в режиме противовключения выполняется по известным уравнениям реостатных характеристик (I), (М) /1;13;14/.

V. Расчет параметров структурной схемы привода.