1.3 Схеми гальмування двигунів постійного струму

Динамічне гальмування ДПС здійснюється із застосуванням схем, працюючих у функції кутової швидкості (ЕРС) або часу. На рис. 1.5,а представ- лена схема гальмування ДПС у функції швидкості (ЕРС). При відключенні контактора КМ, останній замикає свій контакт в колі реле гальмування К1, останій спрацьовує і замикає свій контакт в колі контактора К2, який своїм контактом включає якір двигуна на резистор Rдт. Гальмування в такій схемі здійснюється до деякої мінімальної кутової швидкості, при якій реле К1 розімкне свій контакт в колі контактора К2. Подальше гальмування здійснюється під дією статичного моменту. Найбільша ефективність гальмування досягається при повному магнітному потоці двигуна і оптимальною величиною Rдт. При динамічному гальмуванні у функції часу (рис.1.5,б) реле часу повинно забезпечити витримку часу, необхідного для установки двигуна. Оскільки момент двигуна при динамічному гальмуванням прямопропорційний кутової швидкості, ефективність гальмування у міру її зниження зменшується, що викликає збільшення часу гальмування. Зменшення часу гальмуванні досягається включенням додаткових гальмівних ступенів, при відключенні яких збільшується струм гальмування. Гальмування противмиканням

Рисунок 1.5 – Схеми гальмування ДПС

застосовується в реверсивних електроприводах, де за гальмуванням часто проводиться пуск у зворотному напрямі. При такому гальмуванні струм двигуна може різко зростати, оскільки його ЕРС діє згідно з напругою мережі. Для обмеження струму послідовно з пусковими резисторами включають резистор противмикання, а для його шунтування – реле противмикання KV (рис. 1.5,в).

Тема 2 „ розрахунок пускових і гальмівних опорів дпс”

Визначимо параметри двигуна, необхідні для розрахунку пускових і гальмівних опорів схем керування ДПС.

1. Номінальний опір двигуна R_н, що представляє собою умовну величину, обумовлену по формулі:

Rн = , (2.1)

де Uн і I н – номінальні напруги й струм двигуна.

Його величина може бути визначена як сума внутрішнього опору двигуна й додаткового зовнішнього опору з експерименту, коли при номінальній напрузі на затискачах нерухомого якоря в ньому протікає номінальний струм.

2. Внутрішній опір двигуна Rя= Rяд+Rщ+Rдп опір, що включає, якоря Rяд, щіток Rщ, додаткових полюсів, Rдп. Величина визначається за паспортними даними або по формулі

Rя= 0,5 Rн(1-η), (2.2)

де - η = , коефіцієнт корисної дії двигуна.

3. Швидкість ідеального холостого ходу ωо визначається через номінальні параметри двигуна по вираженню

ωо= , (2.3)

Uн- I н Rя

де С= ωн - стала часу двигуна.

2.1 Розрахунок пускових опорів дпс незалежного збудження

Пуск двигунів може здійснюватися в нормальному й форсованому режимах. Нормальні режими застосовують в електроприводах, що працюють у тривалих режимах, коли не потрібно швидкого прискорення привода, а значить і більших струмів і моментів. Найменші піки струму й моменту досягаються, коли величина перемикаючого моменту М2 = (1,1÷1,2) Мс , де Мс – величина статичного моменту. Значення максимального моменту М1 розраховується, а потім перевіряється по припустимому моменту Мдоп.

При підвищених вимогах і прискоренню застосовують форсовані режими, для чого задаються максимально припустимим значенням М1, а величину М2 розраховують.

Існуючі способи розрахунку пускових опорів базуються на наступних пропозиціях:

- механічні характеристики двигуна при будь-яких значеннях зовнішніх опорів прямолінійні й перетинаються в точці ідеального холостого ходу;

- для будь-якого встановленого значення Мс падіння швидкості пропорційно величині опору силового кола .

Розрахунок пускових опорів здійснюють графічним або аналітичним методом, припускаючи, що число пускових ступенів задано, а потрібно визначити тільки значення пускових резисторів.

2.1.1 Графічний метод розрахунку пускових опорів

Послідовність розрахунку простежимо на прикладі пуску двигуна в три ступені. Схема силового кола наведена на рис.2.1,а , де R1.R2.R3 – опори пускових ступенів. Розрахунок проведемо для випадку форсованого пуску. Спочатку будується природна механічна характеристика двигуна. Вона може бути побудована як пряма, що проходить через точку ідеального холостого ходу ω0 й точку, що відповідає номінальної швидкості ωн. . Потім на рисунку проводяться дві вертикальні лінії. Одна з них відповідає піку максимального моменту М1, інша – моменту перемикання М2. При цьому припускаємо, що для прийнятого значення М2 вийде необхідна за завданням кількість ступенів з однаковими піковими й перемикаючими моментами. Якщо після побудови пускової діаграми цього не відбудеться, то необхідно задатися новими значеннями М2 (з огляду на те, що М2≥ (1,1÷1,2) Мс) і повторювати побудови доти, поки не вийде рівномірна діаграма, показана на рис.2.1,б.

Для визначення значень пускових опорів необхідно через точку, що відповідає в масштабі номінальному моменту Мн, провести лінію, паралельну осі швидкостей. Відрізок аq, рівняється у встановленому масштабі швидкості ω0, в іншому масштабі може зображувати опір Rн, Тоді відрізок ав зображує внутрішній опір двигуна Rя, відрізок вс – пусковий опір R3 і т. Д. Отже, значення пускових опорів визначаються як добутки Rн на відносини відрізків, що відтинають на лінії аq механічними характеристиками, до величини відрізка аq. У нашому випадку значення пускових опорів визначаються за виразами:

а)

б)

Рисунок 2.1 – Схема пуску ДПС у три ступені (а) і пускова діаграма

для розрахунку пускових резисторів графічним методом (б)

(2.4)

2.1.2 Аналітичний метод розрахунку пускових опорів

Аналітичний метод розрахунку оснований на припущенні, що перемикання опорів із ступеня на ступінь здійснюється досить швидко і за час перемикання швидкість двигуна, а значить, і його ЕРС, не встигає змінюватися. Із діаграми рис.2.1,б випливає, що при переході з першої ступені R₁ на другу R₂ має місце наступне співвідношення:

(2.5)

(2.6)

де Е₁=с₁ – ЕРС двигуна, що відповідає швидкості ₁;

r₁=R₁+R₂+R₃+R_я – сумарний опір якірного кола при наявності всіх

пускових ступенів;

r₂=R₂+R₃+R_я – сумарний опір при шунтуванні першої ступені.

Співвідношення, аналогічні (2.5) і (2.6) будуть мати місце і для інших ступенів. Відповідно, можна записати:

(2.7)

де r₃=R₃+R_я – опір при шунтуванні першої ступені.

Визначивши співвідношення моментів і струмів при пуску

(2.8)

із (2.7) знаходимо вираз для сумарних опорів пускових ступенів

r₃=R_я;

r₂= r₃=²R_я; (2.9)

r₁= r₂=³R_я.

Із останнього виразу системи (2.9) можна визначити значення

(2.10)

або у загальному випадку при наявності m ступенів

(2.11)

де m – число пускових ступенів.

При виводі виражень (2.10) і (2.11) передбачалось, що двигун пускається у форсованому режимі, коли величина М₁ зберігається сталою, а велична М₂ підбирається. Оскільки нами розглядається пуск двигуна незалежного збудження, то для початкового момента пуску, коли =0, можна записати

(2.12)

звідки

де І₁ – пікове значення максимального струму.

Знаючи величину  і підставивши вираз для r₁, r_2, r₃, із (2.9) можна визначити значення опорів на кожній ступені

R₃=R_я(-1);

R₂=R_я(-1); (2.13)

R₁=R_я²(-1),

а також момент або струм перемикання

(2.14)

2.1.3 Розрахунок опорів динамічного гальмування й

противмикання ДПС незалежного збудження

Динамічне гальмування застосовується для швидкої й точної зупинки приводів. Схема динамічного гальмування наведена на рис. 2.2,а. Величина опору R_т розраховується з умови обмеження струму динамічного гальмування І_Т на рівні І_Т≤ Ідод

Рисунок 2.2 – Схема і діаграма динамічного гальмування

Конкретне ж значення визначається необхідною інтенсивністю гальмування. У якості ЕРС двигуна, що відповідає початку гальмування, приймають максимально можливу величину.

Тоді струм визначається вираженням

(2.15)

З (2.15) можна визначити величину

(2.16)

Для випадків гальмування зі швидкості близькою до швидкості ідеального холостого ходу приймаємо Е_max = U_н.

Режим противмикання приймається для зміни напрямку обертання двигуна. Залежно від того, чи є момент статичного опору М_с активним або реактивним, можуть бути використані два різних способи противмикання.

Для приводів з активним моментом М_с режим противмикання може здійснюватися шляхом введення додаткового опору R_П у якірне коло, значення якого буде достатнім для зміни знака швидкості двигуна (рис. 2.3). У цьому випадку двигун буде працювати в четвертому квадраті, а значення швидкості визначається вираженням

(2.17)

де Rу - сумарний опір пускових ступенів.

З обліком того, що ЕРС двигуна Ес, що відповідає швидкості ωс, виражається як Ес = сωс, значення опору RП визначається як

(2.18)

Рисунок 2.3 – Гальмування проти вмиканням для приводів з активним М_С

Для двигунів з реактивним моментом Мс режим противмикання може бути досягнуть тільки зміною полярності напруги на затискачах якоря, як це показано на рис.2.4. Для обмеження струму противмикання доступним значенням Ідод необхідно в якірне коло увести додатковий опір RП. Значення цього опору визначається за виразом:

(2.19)

де Е_max – максимально можлива ЕРС двигуна;

Ідод – припустимий струм якоря в гальмівному режимі;

U_н – номінальна напруга живильної мережі.