5. Содержание отчета

Отчет должен содержать: 1) схему электрическую для проведения опытов п.п. 2.3.2 – 2.3.7; 2) паспортные данные машин (если работа на стенде выполнялась впервые); 3) таблицы с опытными и расчетными данными; 4) основные расчетные формулы; 5) графики зависимостей ω = f (М), ω = f (I_Я); 6) выводы по результатам опытов.

6. Контрольные вопросы

1. Что представляют собой электромеханическая и механическая характеристики

2. .

3. Почему естественные и искусственные характеристики ДПТ НВ пересекаются в одной точке?

4. Как определить жесткость механической характеристики?

5. Какие причины влияют на жёсткость механических характеристик ДПТ НВ?

6. В каких квадрантах осей координат располагаются характеристики ДПТ НВ?

7. Укажите в каких режимах работают двигатели лабораторной установки при работе исследуемого двигателя (машины М1) в генераторном режиме?

8. Условие устойчивости установившегося движения электропривода.

9. Почему в режиме идеального х.х. ток якоря М1 равен нулю?

10. Назовите основные способы регулирования координат электропривода с ДПТ НВ?

11. Охарактеризуйте основные способы регулирования скорости ДПТ НВ?

12. Дать объяснение и привести формулы для определения статизма и жесткости.

13. Как перевести испытуемый двигатель в режим идеального холостого хода? Рекуперативного торможения? Торможения противовключением?

Литература

[1], гл.3, §3.2 – 3.5; [2], гл.4, §§4.1 – 4.16; [3], гл.3; [5], с. 138 – 151.

1. Ключев В.И. Теория электропривода. – М.: Энергоатомиздат, 2001.–704 с.

2. Москаленко В.В. Электрический привод. – М.: Мастерство. Высшая школа, 2000. – 368 с .

3. Столбов Б.М. Конспект лекций по курсу «Теория электромеханических систем».– Пермь, 2001. – 244 с.

4. Кацман М.М. Руководство к лабораторным работам по электрическим машинам и электроприводу: Учеб. пособие. – М.: Высшая школа, 2000. – 215 с.

Лабораторная работа № 3

Изучение и расчет параметров схемы ПУСКа ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА В ФУНКЦИИ ВРЕМЕНИ

Цель работы – углубить теоретические знания, получить навыки расчета пусковых сопротивлений для якорной цепи двигателя параллельного возбуждения, изучить основные способы пуска ДПТ. Изучить схему пуска ДПТ в функции времени.

1. Описание лабораторной установки

Работа выполняется на унифицированном лабораторном стенде «Автоматизированное управление электроприводом».

2. Краткие теоретические сведения

К пуску двигателя предъявляются два основных требования: обеспечить необходимый для трогания с места и разгона якоря вращающий момент и не допустить при пуске протекания через якорь большого тока, опасного для двигателя. Практически возможны три способа пуска: прямой пуск, пуск при включении реостата в цепь якоря и пуск при пониженном напряжении в цепи якоря.

При прямом пуске цепь якоря включается сразу на полное напряжение. Так как в первый момент пуска якорь неподвижен (ω = 0), то противо-ЭДС Е_пр = k Ф ω отсутствует. Тогда следует, что пусковой ток якоря

I_яп = U_я/R_я А. (24)

Так как для двигателей большой мощности R_я = 0,02  1,1 Ом, то I_яп = =(50100) I_н, что недопустимо. Поэтому прямой пуск возможен только у двигателей малой мощности, у которых I_яп  (4  6) I_н и разгон двигателя длится менее 1с (в нашем случае I_яп ≈ 4 I_н).

Пуск двигателя при включении пускового реостата R_п последовательно с якорем обеспечивает пусковой ток, равный:

А (25)

Сопротивление пускового реостата R_п = U/I_яп - R_я выбирают таким, чтобы в начальный момент пуска, когда Е_пр = 0 В, I_яп = (2  2,5) I_н. По мере разгона двигателя возрастает Е_пр, и сопротивление реостата постепенно выводится.

Пуск с ограниченным пусковым током возможен также при питании якоря двигателя от отдельного источника с регулируемым напряжением. Ограничение пускового тока и плавный разгон двигателя обеспечиваются постепенным повышением напряжения на якоре от нуля до требуемого значения. Этот метод находит применение в системах управления и регулирования мощных двигателей постоянного тока.

Автоматизация процесса пуска значительно облегчает управление двигателями, устраняет возможные ошибки при пуске и ведет к повышению производительности механизмов, особенно при повторно-кратковременном режиме работы.

На рис. 3.1 изображена пусковая диаграмма двигателя с тремя ступенями пускового реостата, построенная из условий изменения тока в определенных заданных пределах от I₁ до I₂. Пуск двигателя согласно этой диаграмме может быть произведен в ручном режиме или автоматически. Если пуск производится с помощью ручного реостата, то переключение сопротивлений производится с ориентировкой на показания амперметра и вольтметра в цепи якоря.

Рис. 3.1 Пусковая диаграмма

Автоматическое управление позволяет более точно выдержать заданные условия пуска.

Из рассмотрения диаграмм на рис. 3.1 следует, что выключение ступеней сопротивления должно происходить при определенной угловой скорости двигателя (₁ = n/30), определенной величине тока I₂ или через определенные промежутки времени (t₁, t₂, t₃). Очевидно, что управление пуском может быть осуществлено:

а) в функции тока;

б) в функции скорости;

в) в функции времени.

Диаграммы, приведенные на рис. 3.1 иллюстрируют процесс пуска при ступенчатом управлении, осуществляемом при помощи релейно-контакторных аппаратов в схемах так называемого разомкнутого цикла управления.

Сопротивления ступеней пускового реостата рассчитываются в следующем порядке:

• по паспортным данным ДПТ строится зависимость

рад/сек, (26)

где k∙Ф – можно определить из приведенного выражения в номинальном режиме и R_я = U_я/I_яп.

• задаются пределы изменения тока якоря при пуске: I₁ =2,0 ÷ 2,5 I_ян,

1,5 I_ян <I₂ < I₁. Для выполнения лабораторной работы рекомендуется принять значения токов I₁ = 0,7  0,875 A, I₂ = 0,52  0,6 A. Следует учитывать, что при уменьшении разницы I₁ и I₂ число ступеней реостата возрастает и при неизменном I₁ увеличивается темп разгона двигателя. При увеличении разницы I₁ и I₂ и неизменном I₁ число ступеней и темп разгона уменьшаются.

• графическим способом определяют необходимое число ступеней пускового реостата рис. 3.2. Выполняя эту процедуру не стоит добавлять лишнюю ступень реостата если при переходе на естественную характеристику с последней ступени ток якоря ДПТ незначительно превышает I₁.

n

n_н

n₂

n₁

I_ян I₂ I₁ I_я

Рис. 3.2

Определяют суммарное сопротивление пускового реостата

(27)

Определяют скорость вращения ДПТ при токе I₂ и полностью введенном сопротивлении пускового реостата

(28)

Определяют сопротивление первой ступени пускового реостата. Для этого вычисляют сопротивление пускового реостата при выведенной первой ступени из условия ω = ω ₂, I_я = I₁, тогда сопротивление первой ступени реостата

(29)

(30)

Аналогично определяют сопротивления следующих ступеней.

При управлении ступенями реостата в функции времени требуется определить необходимые выдержки времени реле. Определим их из уравнений электромеханического равновесия системы, считая, что процессы в цепи якоря происходят за пренебрежимо малое время по сравнению с механическими:

(31)

, (32)

здесь - коэффициент; J - момент инерции системы; М_с - статический момент;

R_я – полное сопротивление якорной цепи.

Выразив I из уравнения (29), и заменив

(33)

получим:

(34)

Решение этого уравнения имеет вид, учитывая что для t = 0 с,  = _нач:

(35)

Зависимость тока в цепи якоря от времени можно определить из условия механического равновесия:

А, (36)

где I_c - ток якоря при М_с.

Подставив в последнее уравнение выражение (31) для начальных условий

t = 0 с, I = I_нач получим:

А. (37)

В процессе многоступенчатого пуска ток якоря двигателя колеблется в пределах от I₁ до I₂. Поэтому

(38)

где t_x –время, в течение которого ток двигателя изменяется от I₁ до I₂, T_м – электромеханическая постоянная времени для той же ступени (31).

Решая последнее уравнение относительно времени разгона, находим

(39)

Для автоматизации пуска ДПТ в функции времени могут быть применены электромагнитное реле времени либо электронные реле времени.

Узел схемы управления пуском ДПТ в функции времени представлен на рис. 3.3.

Рис. 3.3 Принципиальная схема пуска ДПТ в функции времени

При нажатии кнопки SB1 контактор КМ1 своим контактом КМ1.1 подключает якорь двигателя к сети, а контактом КМ1.3 отключает питание от катушки реле КТ1. Падение напряжения от пускового тока на сопротивлении R1 вызывает срабатывание реле КТ2, которое размыкает свой контакт. С определенной выдержкой времени замыкается контакт КТ1.1 реле КТ1, и контактор КМ2 контактом КМ2.1 шунтирует ступень R1 вместе с реле КТ2. Последнее опять с выдержкой времени замыкает свой контакт КТ2.1, что приводит к шунтированию ступени R2.

Управление в функции времени получило широкое применение в современных электроприводах постоянного и переменного тока благодаря своим достоинствам: простоте схемы, надежности и независимости ее работы от колебаний нагрузки или напряжения.

Паспортные данные ДПТ:

Тип двигателя: СЛ-221

U_ян = 110 В;

n_ян = 3600-4600 об/мин;

I_ян = 0,35 А;

I_п =

I_в = 0,1 А;

J_дв = 0,00055 кг∙м²;

= 33%.

Параметры нагрузки: М_с=0,1 ÷ 0,12 Н∙м.

Момент инерции шкивов можно определить из выражения:

Момент инерции всей системы:

(40)

где J_i = J_шк.i + J_дв.i - момент инерции шкива и двигателя на валу которого установлен шкив; _i- скорость вращения шкива, _дв – скорость вращения двигателя относительно вала которого рассчитывается момент инерции.

Момент инерции асинхронного двигателя определить по справочнику, моментом инерции тахогенератора пренебречь.