зеленов / eletsehomt48

чих машин МС=f(ω), определения и классификация которых были даны ранее при изучении механики электропривода.

В уравнении движения электропривода ( М − МС = = J ddtω ) М – это вращающий момент на валу двигателя, а в

соответствии с приведенным выше определением М – это электромагнитный момент двигателя (МЭЛ.М). М и МЭЛ.М отличаются друг от друга на величину М – момента потерь (потери в подшипниках электродвигателя, вентиляционные потери и потери в стали электродвигателя).

Эти потери различным образом компенсируются в двигательном или генераторных режимах работы электропривода. В общем случае

М = М ЭЛ .М m М ,

где знак «-» относится к двигательному режиму (потери компенсируются за счет энергии, забираемой из питающей сети);

«+» относится к генераторному режиму (потери компенсируются за счет энергии, поступающей с вала рабочей машины).

117

го хода ω’0 меньше, чем скорость ω0 идеального холостого хода.

Величина М в электродвигателях весь-ма мала

(доли процента). Поэтому в теории электропривода принято допущение о том, что М=МЭЛ.М.

Это допущение в дальнейшем изложении курса оговаривается больше не будет.

Все расчеты вращающих моментов на валу двигателя можно выполнять, приравнивая их к электромагнитным

ты;

при Мω < 0 - генераторные режимы работы. Введем следующие обозначения:

Р - мощность потерь; Рм - механическая мощность двигателя (то есть

мощность на его валу); Рэ - электромагнитная мощность двигателя (генера-

тора).

Для различных энергетических режимов работы электропривода будут справедливы следующие соотноше-

118

торможения, то есть торможения с отдачей энергии в сеть; Рм = Р - генераторный режим динамического тор-

можения.

Режимы торможения противовключением и динамическое торможение называется диссипативными видами торможения, то есть торможением с преобразованием энергии торможения в тепловую энергию, рассеиваемую в окружающую среду.

Жесткость механических характеристик электро-

привода. Сравнительная оценка механических характеристик проводится по так называемой жесткости их, кото-

рая определяется по коэффициенту жесткости β = dMdω ,

то есть по углу наклона γ механической характеристики, как это показано на рис. 2.3.

119

Примером могут служить механические характеристики синхронных двигателей;

- жесткие (при М=МН падение скорости ωН не более 10% от ω0 ). Такие характеристики имеют двигатели

постоянного тока с независимым возбуждением и рабочие участки естественных механических характеристик асинхронных двигателей. В этом случае β<0; β≈const;

асинхронных двигателей;

- абсолютно мягкие (β=0, Μ=const). Это механические характеристики, получаемые в электроприводах с регулированием момента (тока) при помощи системы управления с обратными связями.

Деление механических характеристик электроприводов с точки зрения жесткости их весьма условно. Например, двигатели со смешенным возбуждением имеют мягкую механическую характеристику в области малых моментов и жесткую – при больших моментах на валу.

120

Механические характеристики рабочих машин (МС=f(ω)) также оцениваются по коэффициенту их жесткости βС = dMdωС .

Статическая устойчивость электропривода, то есть устойчивость его в установившихся режимах работы зависит от взаимного расположения механических характеристик двигателя и рабочей машины, от величины коэффициентов жесткости β и βС этих характеристик.

На рис. 2.5 и 2.6 показаны различные сочетания механических характеристик электродвигателя и рабочей машины с отрицательными и положительными значениями β и βС. В точке пересечения этих характеристик М=МС, то есть MJ=0, и имеет место установившийся режим работы электропривода.

Рассмотрим поведение электропривода при выведении его из состояния равновесия в точке «а» (точка пересечения механических характеристик) на рисунке 2.5.

При увеличении скорости (то есть при +Δω>0)

привод будет уско-

Рисунок 2.5

121

ряться, стремясь увеличить скорость и вернуться в устойчивое состояние (точку «а»). Таким образом, сочетание характеристик ω=f(М) и МС=f(ω), показанное на рис. 2.5, соответствует состоянию статической устойчивости электропривода.

Для условия равенства М и МС в точке «б» (рис.

2.6):

электропривод начинает замедляться, стремясь уменьшить скорость и уйти от положения статической устойчивости. В этом случае электропривод статически неустойчив.

Из приведенных выше пояснений следует, что при статической устойчивости электропривода должны быть противоположны знаки приращений Δω и МJ, возникающих при выведении электропривода из состояния равнове-

сия. При этом МJ= М- МС, где М=βΔω и МС=βСΔω.

Или МJ=Δω(β−βС).

Для устойчивого состояния электропривода, как

122

выяснено выше, при +Δω отрицательное значение МJ<0 будет в случае, когда β−βС<0, откуда следует, что условием статической устойчивости электропривода будет: β<βС.

Этот же результат можно получить, рассматривая работу механической части электропривода с позиций теории автоматического управления. Действительно, уравнение движения электропривода – это дифференциальное

где р – оператор дифференцирования по времени. Из (2.2) следует, что рω - J1 ( М - МС ) = 0 .

Дифференцируя это соотношение по ω, получим:

(р<0), то есть система электропривода будет устойчива лишь при условии, что β−βС<0, то есть когда β<βС.

Рассматривая вопрос об устойчивости движения электропривода, необходимо отметить, что имеются рабочие механизмы с так называемой парой трения (колесорельс, прокатываемый металл-валок и др.), при работе которых может быть устойчивое или неустойчивое движение с так называемыми фрикционными колебаниями. На рис. 2.7 и 2.8 показаны возможные сочетания механических характеристик ω=f(М) и МС=f(ω) для таких механизмов.

На рис. 2.7 – устойчивое состояние электропривода, а на рис. 2.8 – неустойчивое состояние, в чем можно убедиться, выяснив сочетание знаков Δω и МJ при выведении электропривода из состояния равновесия.

123

Изложенный выше вопрос о статической устойчивости электропривода справедлив лишь для разомкнутых систем, то есть для электроприводов без внешних обратных связей, усложняющих уравнения, описывающие движение электропривода.

Электромеханические характеристики электро-

привода – это зависимость скорости вращения двигателя в функции тока электродвигательного устройства, то есть ω=f(I). Для машин постоянного тока I – это ток якоря, а для асинхронных двигателей это ток ротора.

Реальные механические и электромеханические ха-

рактеристики электропривода не всегда соответствуют теоретическому представлению о них. Например, для двигателя постоянного тока с независимым возбуждением характеристики, рассчитанные для постоянного потока (Ф=const) и показанные на рис. 2.9 и 2.10 сплошными линиями, являются линейными.

В реальных условиях из-за действия реакции якоря

124

(особенно при i>IН и М>МН) линейный характер характеристики искажается. Размагничивающее действие реакции якоря ослабляет магнитный поток двигателя, что приводит к росту скорости. Ток короткого замыкания IКЗ при этом

остается неизменным ( IКЗ = UН R , где R – полное сопротив-

ление цепи якоря). Величина момента короткого замыкания МКЗ из-за снижения магнитного потока несколько уменьшается (МКЗ=СФIКЗ).

В некоторых случаях из-за большого размагничивающего действия реакции якоря механическая характеристика (см. рис. 2.10) может иметь участок с β>0 (участок с положительной жесткостью), что ведет к неустойчивой работе электропривода.

В современных электродвигателях постоянного тока последовательно с обмоткой якоря включают специальную компенсационную обмотку, которая устраняет размагничивающее действие продольной реакции якоря. Влияние поперечной реакции якоря очень мало, и оно сводится к минимуму установкой щеток.

При дальнейшем изложении курса во всех расчетах

125

и рассуждениях реакция якоря будет считаться скомпенсированной, и магнитный поток двигателя постоянного тока с независимым возбуждением Ф=const. Для двигателей с последовательным и смешанным возбуждением будем полагать магнитный поток зависящим от тока якоря в соответствии с кривой намагничивания. Это второе допущение, принятое в теории электропривода.

Классификация механических и электромеханиче-

ских характеристик электроприводов по способу включения двигателя следующая:

1.Естественные характеристики в случае такого подключения двигателя к источнику питания, при котором

выполняются условия U=UН, Ф=ФН, RВНЕШ=0, т.е. во внешних цепях двигателя нет добавочных сопротивлений.

2.Искусственные характеристики, получаемые при одном из следующих способов:

внешнее сопротивление, но потоков энергии, идущих вне главных цепей электрической машины, нет. Вся энергия, забираемая из питающей сети или отдаваемая в эту сеть,

126