Електропостачання
.pdf4.5 При вивченні схеми 3.1 під час роботи двигуна, при увімкненому контакторі КМВ, спробувати увімкнути кнопку
SBCH.
4.6 При вивченні схеми 3.2 спробувати увімкнути електродвигуни М2 і М3, коли не увімкнений двигун М1.
5 ЗМІСТ ЗВІТУ
У роботі необхідно:
5.1Накреслити схему випробувань та дати коротке пояснення до неї.
5.2Навести технічні дані електричних машин та апаратів.
6 КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
6.1Наведіть приклади застосування схем що вивча-ються або вузлів у відповідних галузях промисловості.
6.2Що називається автоматичним керуванням?
6.3 Для чого здійснюється електричне блокування?
6.4 Які види електричних блокувань застосовують для схем з послідовним пуском електродвигунів?
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4
ДОСЛІДЖЕННЯ ПЕРЕХІДНИХ ПРОЦЕСІВ ПІД ЧАС ПУСКУ І ГАЛЬМУВАННЯ ДВИГУНА ПОСТІЙНОГО СТРУМУ ПАРАЛЕЛЬНОГО ЗБУДЖЕННЯ
Мета роботи: вивчення і дослідження перехідних процесів під час пуску і гальмування двигуна постійного струму паралельного збудження
1 ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ
Характер перехідних процесів (їх тривалість; зміни в часі струму, моменту, швидкості та інших величин) має істотне значення для великої кількості електроприводів виробничих механізмів. Вивчення перехідних процесів дозволяє вірно розрахувати потужності електричних двигунів привода, розробити схему керування, розрахувати елементи схеми, провести наладку електропривода. Всі ці фактори визначають продуктивність, економічність, надійність
електропривода.
При незмінній напрузі мережі живлення, незмінному магнітному потоці та моменту інерції рівняння електричної і механічної рівноваги під час пуску двигуна постійного струму можна записати
U=CE ω+iR;
M= GD2 d M c , 375 dt
або
M M c J ddt ,
де GD2 – маховий момент двигуна, кГм2;
J – момент інерції двигуна, кГмс2, або кГм2; R – опір якірного кола, R=rя+Rn;
(4.1)
(4.2)
Rn – пусковий опір; і – струм якоря.
СЕ – коефіцієнт ЕРС, що визначається за формулою
CE |
|
U н I н rя |
, |
В |
; |
||||
|
|
об / хв |
|||||||
|
|
|
|
н |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CМ – коефіцієнт моменту, рівний |
|
||||||||
|
СМ |
|
СЕ |
0,975СЕ . |
|||||
|
1,027 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
З рівнянь (4.1) і (4.2) можна отримати перехідних характеристик для швидкості обертання під час пуску
ω = ωс+ ( ωпоч+ ωс)е-t/Т M
або
ω = ωс. ( 1- е-t/Т M )+ ωпоч е-t/Т M ,
(4.3)
(4.4)
рівняння
двигуна
(4.5)
(4.5)
де ωс – швидкість обертання в сталому режимі, об/хв; ωпоч–початкова швидкість обертання, об/хв; при пуску з
нерухомого стану ωпоч =0;
ТМ – електромеханічна постійна часу привода, с. |
|
|||||||||||
Т |
|
|
GD2 R |
|
, або T |
|
|
JR |
. |
(4.6) |
||
М |
|
|
|
|
M |
|
||||||
|
|
375C |
|
C |
|
|
|
C 2 |
|
|||
|
|
|
E |
M |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
E |
|
||||
Якщо ωпоч = 0, то рівняння (4.5) матиме вигляд: |
|
|||||||||||
|
|
|
ω = ωс. ( 1- е-t/Т M ) |
|
|
|
|
(4.7) |
||||
З формули (4.7) можна отримати залежність часу пуску від швидкості ω = 0 до ω= ω1, тоді
tп Т М ln c .
c 1
Теоретично перехідний процес під час пуску привода з ДПС закінчується при tn=∞, а практично вважають, що перехідний процес закінчується через (З 4) ТМ, тобто tn (З
4) ТМ.
Залежність струму в колі якоря під час пуску електродвигуна визначається, якщо взяти похідну за часом в рівнянні (4.1). Після нескладних перетворень отримуємо неоднорідне диференційне рівняння 1-го порядку
|
|
|
T |
di |
i |
i |
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
M |
dt |
|
c |
|
|
|
де іС= |
M C |
|
- струм навантаження в сталому режимі. |
|
|||||
CM |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Розв`язуючи це рівняння, отримаємо рівняння перехідної |
|||||||||
характеристики для струму під час пуску |
|
||||||||
|
|
|
і=(іпоч – іс) е-t/Т M +іс |
|
|||||
або |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
і= іс ( 1- е-t/Т M |
)+іпоч е-t/Т M , |
(4.8) |
||||
де іпоч=іпуск |
– початковий струм при ω = 0. |
|
|||||||
|
|
|
і= іс ( 1- е-t/Т M )+ іпуск е-t/Т M , |
(4.9) |
|||||
Для електродинамічного гальмування електроприводу з двигуном постійного струму паралельного збудження якір двигуна вимикають з мережі і замикають на гальмівний опір Rг. У рівнянні (4.1) в цьому випадку U=0, тоді
0 = СЕ + іR. |
(4.10) |
Взявши похідну за часом і зробивши нескладні перетворення, отримаємо рівняння перехідної характеристики для струму під час електродинамічного гальмування
і=(іпоч+іс) е-t/Т МДГ +іс,
або
і= іс (1+ е-t/Т МДГ ) + іпоч е-t/Т МДГ , |
(4.11) |
Початковий струм при гальмуванні рівний:
iпоч |
СЕ поч |
iн , |
(4.12) |
|
|||
|
R |
|
|
де ін – номінальний струм двигуна;
Електромеханічна постійна часу, при електродиамічному гальмуванні:
|
|
|
|
ТМДГ= |
JR |
, |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
C 2 |
|
|
||
де R∑=R+Rг. |
|
|
|
|
|
|
|
E |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Час гальмування до повної зупинки |
|
|||||||||||
t |
г |
T |
|
ln поч с |
, |
(4.13) |
||||||
|
|
МДГ |
|
|
|
с |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
tг |
Т МДГ |
ln |
iпоч ic |
. |
|
(4.14) |
|||||
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ic |
|
|
||
2 ПРОГРАМА РОБОТИ
2.1 Ознайомитись з електричними машинами і приладами, що входять в установку, і записати паспортні дані.
2.2 Зібрати схему установки.
2.3 При U=соnst, І3=cоnst визначити струм і швидкість обертання під час неробочого ходу двигуна при двох значеннях опору RR1+ RR 2 i RR2.
2.4 Визначити за отриманими даними величини СЕ, См, ω0, ТM1 ,ТМ2 . Розрахувати перехідні процеси для струму якоря під час пуску з опором RR1+ RR2 i RR2. Визначити час пуску до швидкості ω= 0,95ω0.
2.5 Розрахувати перехідні процеси для струму якоря під час динамічного гальмування двигуна, коли Rг=(20 25)Rя. Визначити час гальмування.
2.6 Зняти перехідні характеристики ω=f(t) та i=f(t) під час спуску ДПС при двох значеннях опорів.
2.7Зняти характеристики ωГ=f(t) та iГ=f(t) при електродинамічному гальмуванні з врахуванням опору RRг.
2.8За результатами дослідів і розрахунків побудувати
графіки залежності ω=f(t) та i=f(t). Визначити постійну часу Тм графічним або аналітичним методами. Порівняти розрахункові
ідослідні дані.
3 ОПИС СХЕМИ УСТАНОВКИ
Дослідження перехідних процесів під час пуску і гальмування ДПС паралельного збудження проводять на експериментальній установці, приведеній на рис. 4.1. Вона складається з двигуна постійного струму M1, тахогенератора М2 з тахометром Рω.
Струм в обмотці збудження LM1 досліджуваного двигуна регулюється реостатом RR3 та контролюється амперметром
PA1.
Універсальний перемикач SA має два робочих положення 1 і 2 та нульове 0.
В положенні 1 якірне коло двигуна М1 приєднюється до мережі постійного струму, а в положенні 2 – до гальмівного опору RRГ.
Струм на якорі двигуна вимірюється амперметром РА2, а напруга вольтметром PV2.
Контактор КМ, призначений для шунтування одного з пускових опорів RR1, приводиться в дію кнопкою SBC (чорна кнопка).
|
4 ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ |
4.1 |
Зібрати схему, наведену на рис. 4.1. |
4.2 |
Перевірити її разом з керівником робіт. |
4.3 |
Ввімкнути автоматичний вимикач QF2 і перевірити |
наявність струму в обмотці збудження по амперметру РА1. |
|
4.4 |
Ввімкнути автоматичний вимикач QF1. |
4.5 |
Натиснути зелену кнопку SBT для розмикання кон- |
такта КM.
Дослідження перехідних процесів під час пуску двигуна
4.6 Універсальний перемикач поставити в положення 1, двигун запускається до першої сталої швидкості ωC1 (стрілка тахометра буде знаходитись в незмінному положенні).
Записати в таблицю 4.1 час пуску, кидок струму (іпуск=іпоч) та сталі значення струму та швидкості.
4.7 Натиснути чорну кнопку SBC, при цьому отримує живлення котушка контактора КМ замикає контакт КМ, який шунтує частину опору (RR1). Швидкість двигуна зростає до другої сталої швидкості ωC2. Записати в таблицю 4.1 ті ж дані, що і для першого ступеня пуску.
4.8 Перемикач SA поставити в нульове положення, двигун зупиняється. Записати час вільного вибігу tВВ – від ωC2 до повної зупинки.
Дослідження перехідних процесів при електродинамічному гальмуванні
4.9 Знову запустити двигун до швидкості другого ступеня
ωC2 (повторити п.п. 5-7).
4.10 Для здійснення режиму електродинамічного гальмування перемикач SA поставити в положення 2. Двигун швидко зупиняється. Записати в таблицю 4.1 час гальмування (до ω=0) та кидок струму, який має протилежний за знаком напрямок порівняно з пусковим струмом.
Таблиця 4.1–Результати вимірів
РЕЖИМ |
t,с |
iпоч.,А |
iст.,А |
ωст.,об/хв |
Пуск |
|
|
|
|
1ступінь
2ступінь
Вільний
вибіг
Динамічне
гальмування
Таблиця 4.2 – Результати розрахунків
№ п/п |
Режим |
t,с |
i,А |
ω,об/хв |
|
|
|
|
|
5 РОЗРАХУНКОВІ ФОРМУЛИ
5.1 Рівняння перехідних характеристик для струму при пуску двигуна на першому і другому ступенях
і іС1 (1 e t / TM 1 ) іпочe t / TM 1 ; |
(4.15) |
||||||||
і |
|
іС 2 |
(1 e |
t /TM 2 |
) |
|
t /TM 2 |
, |
(4.16) |
|
|
і e |
|
||||||
де t – час, с;
tп1, tп2 – час пуску на першому і другому ступенях;
іC1, іC2 – сталі значення струму для першого та другого ступенів пуску двигуна, тобто, коли опори в колі якоря
RR1+ RR2 і RR2.
ТМ1= tп1/3; ТМ2= tп2/3.
5.2 Рівняння перехідних характеристик для двигуна під час пуску двигуна на першому і другому ступенях
С1 (1 е t / TM 1 ) поче t / TM 1 ; |
(4.17) |
|||||||
|
|
С 2 |
(1 е |
t / TM 2 |
|
t / TM 2 |
, |
(4.18) |
|
|
) е |
|
|||||
де ωC1, ωC2 – сталі швидкості на першому та другому ступенях пуску.
5.3 Для режиму електродинамічного гальмування рівняння перехідних характеристик для швидкості і струму мають вигляд:
|
г |
|
е t / TMГ ; |
(4.19) |
|
|
|
|
поч |
|
|
і |
г |
|
і |
е t / TMГ , |
(4.20) |
|
|
поч |
|
||
де T |
t |
ГГ |
/(3 4) |
, |
і 0,5e t / TMГ . |
MГ |
|
|
|
поч |
6 РОЗРАХУНКИ НА ЕОМ
За результатами лабораторних досліджень здійснити розрахунки на ЕОМ за розрахунковими формулами в MATH CAD.
6.1Час пуску двигуна для кожного ступеня та для режиму динамічного гальмування розділити на 3-5 проміжків.
6.2Розрахувати значення струму та швидкості електродвигуна для кожного ступеня пуску.
6.3Ввести формули.
6.4Ввести результати вимірів з таблиці 4.1 для пуску електродвигуна:
- час пуску електродвигуна на обох ступенях, с; - крок зміни часу, с;
- початкове значення струму для обох ступенів пуску, А; - стале значення струму для кожного ступеня пуску, А; - стале значення швидкості для кожного ступеня, об/хв.
6.5Для режиму електродинамічного гальмування ввести
зтаблиці 4.1такі дані:
-час динамічного гальмування, с;
-крок зміни часу, с;
-початковий струм (кидок струму), А;
-початкова швидкість, об/хв.
6.6 Результати обчислень звести в таблицю 4.2 та побудувати графіки перехідних характеристик для струму і швидкості.
7 ЗМІСТ ЗВІТУ
Узвіті необхідно подати:
7.1Схему експериментальної установки.
7.2Паспортні дані машин і приладів, що використовувались у експериментах.
7.3Основні розрахункові формули.
7.4Графіки залежностей ω=f(t), i=f(t) для двох ступе-нів пуску та режиму динамічного гальмування
8 КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
8.1Як впливає величина електромеханічної постійної на тривалість перехідних процесів?
8.2Запишіть рівняння перехідного процесу для швидкості струму під час пуску.
8.3Запишіть рівняння перехідного процесу для швидкості
іструму під час електродинамічного гальмування.
8.4Як практично визначається електромеханічна постійна часу?
8.5Як практично визначається час пуску і час гальмування двигуна?
8.6 Яке призначення головних елементів схеми на рис.
4.1?