Elektrichesky_privod_Kosmatov_V_I_2012

мощности при пуске и торможении требуется ограничить пусковой и тормозной ток исходя из перегрузочной способности. Эта задача решается введением в цепь якоря ДПТ или фазного ротора АД пусковых или тормозных резисторов. Управление электроприводом заключается, во-первых, в подключении обмоток двигателя к питающей сети при пуске и отключении при остановке и, во-вторых, к постепенному переключению релейно-контакторной аппаратурой ступеней пускового резистора или ступеней тормозных резисторов по мере разгона (торможения) двигателя.

Рис. 7.1. Пусковая диаграмма двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Рассмотрим процесс пуска ДПТ НВ. Двигатели постоянного тока обычно не допускают прямого пуска, так как возникающие при этом броски тока (момента) превышают допустимые значения по условиям коммутации. Поэтому пуск осуществляют подключением двигателя к сети при введении в цепь якоря дополнительного резистора. По мере разгона дополнительные резисторы постепенно выводятся (шунтируются) коммутирующей аппаратурой. Таким образом, процесс осуществляется в несколько ступеней, двигатель переводится с одной

180

реостатной характеристики на другую. В конце пуска двигатель достигает рабочей скорости на естественной характеристике и соответствующей статическому моменту на его валу. На рис. 7.1 приведена так называемая пусковая диаграмма, при построении которой

задаются максимальным моментом М1 (2 2,5)М н и моментом переключения М 2 (1,1 1,2)М н . Колебания моментов при

переключениях должны находится в пределах принятых значений , а выход на естественную характеристику должен происходить при

моменте М1 . Для двигателя постоянного тока независимого

(параллельного) возбуждения пусковая диаграмма и соответствующие ей ступени пусковых резисторов рассчитывается как аналитически, так

и графически, если известны значения М1 и число ступеней m . На

рис. 7.1 изображена диаграмма пуска двигателя в три ступени ( m 3 ). Полное сопротивление якорной цепи определится для скорости, равной

нулю, через ток якоря , соответствующий принятому моменту М1

U

Rя1 I н .

1

Остальные сопротивления можно определить, если приравнивать перепады скорости при переключении ступеней на соседних характеристиках. Для первого переключения перепады скорости между точками - б, - (см. рис. 7.1) равны

Отсюда полное сопротивление якорной цепи при работе на второй ступени

Rя 2 Rя1 М 2 ,

М1

а добавочное сопротивление первой ступени пускового реостата

Rд1 Rя1 Rя 2 Rя1(1 М 2 ) .

М1

Для второго переключения

181

Аналогично для любого -го переключения полное сопротивле-

При заданных величинах M1 и m однозначно определяется момент переключения M 2 по формуле (7.4), который должен быть больше максимально-возможного момента сопротивления M c . Если это не соблюдается, то число ступеней увеличивается и снова определяется значение M 2 > M c .

182

Задача может решаться и обратно. При выбранных M 2 и M1 из соотношений (7.5) определяется число ступеней

жайшего целого числа, после чего по формуле (7.4) уточняется значение

M 2 .

Величины ступеней сопротивлений пускового реостата аналитически рассчитываются по формуле (7.2), а так же они могут быть определены и графоаналитическим способом (рис. 7.1) с использованием соотношений0

Rд1 абад Rя1; Rд2 адбв Rя1; Rд3 адвг Rя1; Rя адгд Rя1 . .

Для двигателей постоянного тока с последовательным и смешанным возбуждением из-за нелинейности их характеристик невозможно аналитически рассчитать пусковую диаграмму, т.е. при заданных

M1 и m определить по формулам M 2 и значения пусковых сопротив-

лений. Пусковая диаграмма в этом случае строится графическим способом.

Порядок построения пусковой диаграммы следующий. Строится естественная скоростная характеристика f (I я ) по данным катало-

га (рис. 7.2). Задаѐтся величина максимального пускового тока I1 и то-

ка переключения I 2 . На естественной характеристике отмечаются точки и , соответствующие выбранным значениям тока. В осях , R строится отрезок прямой а- г в соответствии с уравнением характеристики

кФU 1 кФI1 1 Rя .

183

При I1 const точкам абвг на построенной прямой аг соответствуют аналогичные точки, принадлежащие скоростным характери-

Рис. 7.2. Пусковая диаграмма и еѐ графический расчѐт для ДПТ ПВ

Вертикальные отрезки aа' , бб' , вв' , гг' между прямыми I1 const и I2 const соответствуют перемещению рабочей точки двигателя по одной из реостатных характеристик.

184

Горизонтальные участки а'б, б'в, в'г между прямыми соответ-

ствуют на пусковой диаграмме переключению ступеней сопротивлений.

Прямая г'а' и аг проводится с таким расчѐтом, чтобы между отрезками а'в' и аг вписалось целое число ступеней. Если это не удаѐтся, необходимо изменить величину I1 и повторить построение. Из

рис. 7.2 легко определить величину всех сопротивлений, участвующих при пуске двигателя.

Для асинхронного двигателя с фазным ротором, имеющего нелинейные механические характеристики, пусковую диаграмму можно рассчитать аналитически. В асинхронном двигателе скольжение s пропорционально сопротивлению роторной цепи, причѐм для любых двух реостатных характеристик, показанных на рис. 7.3, справедливы следующие соотношения

В пусковой диаграмме рис. 7.4 скольжения s2 , s3 …, при кото-

рых переключаются ступени сопротивлений согласно (7.7), находятся в соотношении

где s1 1 - начальное скольжение при пуске.

Тогда для любого i -го переключения ступеней

Пусть задан максимальный пусковой момент M1 и число сту-

пеней пуска m. Тогда можно найти сопротивление цепи ротора, соответствующее нижней реостатной характеристике, и далее с помощью

186

изменение скорости, тока, момента двигателя во времени. Большому количеству электроприводов механизмов присущи переходные процессы при электрическом торможении двигателя: рекуперативном, противовключением, динамическом.

Переходные процессы возникают при регулировании скорости, когда двигатель переводится с одной скорости на другую, например, изменением сопротивления, напряжения, потока и частоты.

Ряд механизмов, таких как кривошипно-шатунные (механизм качания кристаллизатора, ножницы и т.п.) характеризуются пульсирующем изменением нагрузки на валу двигателя. Такие механизмы не имеют установившегося режима, а их электропривод имеет периодические переходные процессы.

Переходные процессы пуска и торможения могут быть не редкими явлениями, а основными рабочими режимами, например, в электроприводах реверсивных прокатных станов, рабочих рольгангов, механизмов поворота экскаватора и т.д. Эти процессы, а также процессы регулирования скорости возникают регулярно путѐм воздействия оператора или автоматически в соответствии с технологическим процессом работы механизма. Переходные процессы могут возникать также при набросе и сбросе нагрузки, колебаниях напряжения сети, частоты сети и т.д.

Итак, внешней причиной, вызывающей переходный процесс в электроприводе, являются управляющие и возмущающие воздействия. Управляющие воздействия это напряжение, напряжение и его частота, сопротивление в цепях двигателя, магнитный поток; возмущающие воздействия – изменение момента нагрузки на валу двигателя, момента инерции электропривода, колебания напряжения сети, частоты и т.д. Эти воздействия являются побуждающими электропривод к переходному процессу. Реакция электропривода на управляющее или возмущающее воздействие составляет суть переходных процессов. Внутренней причиной переходных процессов являются инерционности электропривода – механическая и электромагнитная инерционности. Изменение запаса кинетической энергии в механической части электропривода и электромагнитной энергии в электрической части привода происходит постепенно, что и объясняет возникновение переходных процессов.

Все возникающие задачи по исследованию переходных процессов в электроприводах разделяются на четыре больших группы.

189