Студопедия Главная Случайная страница Задать вопрос

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ МЕХАНИЧЕСКИХ И




 

В электроприводах постоянного тока в настоящее время используются двигатели постоянного тока с независимым возбуждением (ДПТ НВ). Схема включения ДПТ НВ приведена на рисунке 8. Особенностью этого двигателя является то, что якорь ДПТ и обмотка возбуждения получают питание от различных (независимых) источников энергии.

Рисунок 8 – Схема включения ДПТ НВ

 

Для анализа работы ДПТ НВ в установившемся режиме работы используют его статические электромеханические и механические характеристики.

Статическая электромеханическая характеристика ДПТ НВ w=f(Iя) представляет собой зависимость угловой скорости от тока якоря в установившемся режиме работы. Электромеханическая характеристика позволяет оценить загрузку двигателя по току.

Выражение статической электромеханической характеристики ДПТ НВ для двигательного режима работы имеет вид:

 

, (1)

 

где UЯ – напряжение на якоре, В;

RЯ – сопротивление якорной цепи для нагретого состояния, Ом;

IЯ – ток якорной цепи, А;

k – конструктивный коэффициент двигателя;

Ф – полезный поток, Вб,

k×Ф – коэффициент ЭДС и момента (электромагнитного); при номинальном и неизменном потоке возбуждения (k×ФНОМ = СНОМ).

Статическая механическая характеристика ДПТ НВ w=f(М) представляет собой зависимость угловой скорости от момента в установившемся режиме работы. Механическая характеристика позволяет определить скорость, с которой будет вращаться вал двигателя при изменении нагрузки на валу. Статическая механическая характеристика – есть множество точек установившегося режима работы электрической машины. По статической механической характеристике анализируют установившиеся режимы работы привода.

Выражение статической механической характеристики ДПТ НВ для двигательного режима работы имеет вид:

 

. (2)

 

В выражениях (1) и (2) угловая скорость w является функцией; IЯ и М являются аргументами, а все остальные величины, входящие в выражения характеристик, называют параметрами двигателя.

Статические характеристики (электромеханические и механические) рассчитанные и построенные при номинальных параметрах для нормальной схемы включения ДПТ НВ (отсутствуют добавочные сопротивления) носят название естественные характеристики. Выражения естественных статических электромеханической и механической характеристик имеют вид:

 

, (3)

 

. (4)

 

Параметры, входящие в выражения этих характеристик определяются следующим образом:

- номинальное напряжение на якоре задается в справочниках и указывается на табличке двигателя;

- сопротивление якорной цепи определяется выражением:

 

, (5)

 

где RОЯ – сопротивление обмотки якоря, Ом;

RОДП – сопротивление обмотки дополнительных полюсов, Ом;

RКО – сопротивление компенсационной обмотки, Ом;

RЩК – сопротивление щеточного контакта, Ом;

1,2 – коэффициент приведения сопротивлений к нагретому состоянию (в случае класса изоляции В).

Если сопротивления обмоток якоря, добавочных полюсов и компенсационной обмотки приведены в справочнике уже для нагретого состояния, то при расчете сопротивления якорной цепи следует вместо коэффициента 1,2 использовать коэффициент равный 1.

У двигателей небольшой мощности компенсационная обмотка может отсутствовать, тогда при расчете сопротивления якорной цепи в формуле (5) следует положить RКО = 0.

Сопротивление щеточного контакта определяется по формуле:

 

, (6)

 

где DUЩ – падение напряжения на щеточном контакте, В; (DUЩ = 0,6 В – для медно-графитовых щеток, DUЩ = 2 В – для графитовых щеток);

IЯном – номинальный ток якоря двигателя, А.

Обычно номинальный ток якоря приводится в справочнике или на табличке двигателя. Если ток якоря номинальный неизвестен, то его можно определить по формуле:

, (7)

где Р2ном – номинальная мощность на валу двигателя, Вт;

hном – номинальный коэффициент полезного действия, о.е.;

RОВ – сопротивление обмотки возбуждения, Ом.

В случае, если в справочнике не заданы сопротивления обмоток двигателя, то сопротивление якорной цепи можно оценить по приближенной формуле, считая, что половина всех потерь в двигателе приходится на долю переменных потерь:

; (8)

 

- коэффициент ЭДС и момента может быть определен из выражения естественной электромеханической характеристики, записанной для номинального режима работы двигателя. Выражение для определения этого коэффициента имеет вид:

, (9)

 

где wном – номинальная угловая скорость вала (якоря) двигателя, рад/с.

В справочнике и на табличке двигателя обычно указывается номинальная частота вращения вала двигателя nном [об/мин]. Угловая скорость и частота вращения связаны следующим выражением:

 

. (10)

 

При изменении хотя бы одного из параметров, входящих в выражения механической и электромеханической характеристик (напряжения на якоре, потока двигателя, добавочных сопротивлений) получают характеристики отличные от естественной. Такие характеристики называют искусственными. Естественная характеристика у двигателя одна, искусственных – множество. Искусственная характеристика, полученная введением в цепь якоря добавочного сопротивления (реостата) носит название – реостатная механическая (или электромеханическая) характеристика. Реостатная статическая механическая характеристика имеет вид:

, (11)

 

где RЯдоб – величина добавочного сопротивления, Ом.

Характеристики, полученные уменьшением напряжения на якоре ДПТ НВ или ослаблением потока, называют искусственными характеристиками при пониженном напряжении и искусственными характеристиками при ослабленном потоке соответственно.

Чтобы определить величину сопротивления, включенного в цепь якоря, нужно в выражение реостатной характеристики вместо w и М подставить их значения для заданного статического режима работы wС и МС и решить относительно RЯдоб. Аналогично поступают для определения требуемого напряжения или требуемого потока двигателя, для обеспечения работы привода с требуемой скоростью при заданном моменте нагрузки.

Формулы для определения требуемого добавочного сопротивления и требуемого напряжения на якоре имеют вид:

 

, (12)

 

. (13)

 

Из анализа выражений электромеханической и механической характеристик видно, что они линейны. Для двигательного режима работы ДПТ НВ угловая скорость и ток (момент) имеют одинаковые знаки. Характеристики двигательного режима работы располагаются в I–III квадрантах плоскости (w, М). Так как характеристики линейны, то для построения их достаточно рассчитать две точки. Подставляя в выражение требуемой характеристики два значения тока (момента) определяют угловые скорости, соответствующие этим токам (моментам). По полученным двум точкам на плоскости {(w, IЯ) или (w, М)} строят требуемую электромеханическую или механическую характеристику. Обычно для расчета первой точки электромеханической (механической) характеристики принимают IЯ = 0 (М = 0), при этом скорость вала двигателя будет равна скорости идеального холостого хода (w = w0). Скорость идеального холостого хода определяется выражением:

. (14)

 

Для расчета второй точки электромеханической (механической) характеристики принимают номинальное значение тока (момента) двигателя и рассчитывают угловую скорость.

При расчете статических механических характеристик двигателя следует иметь ввиду различие между моментом двигателя электромагнитным и моментом на его валу. Это разные моменты. Ввиду наличия механических потерь в двигателе (трение в подшипниках, вентиляционные потери) момент электромагнитный отличается от момента на валу на величину момента потерь вращения. Соотношение электромагнитного момента, момента на валу и момента потерь вращения имеет вид:

, (15)

 

где М – электромагнитный момент двигателя, Н×м;

МВ – момент на валу двигателя, Н×м;

DМ – момент потерь вращения, Н×м.

В выражении (15) знак "+" относится к двигательному, знак "-" – к тормозным режимам работы.

При совместном рассмотрении механических механизма w = f(MC) и характеристик двигателя w = f(MВ), в качестве последней следует рассматривать зависимость угловой скорости в функции момента на валу. Вместе с тем, эта зависимость имеет разрыв первого рода, обусловленный влиянием момента потерь вращения. Поэтому при решении задач в области автоматизированного электропривода лучше рассматривать механические характеристики двигателя w = f(M) (где М – электромагнитный момент), отнеся момент потерь вращения DМ, если его величина существенная (>5% от номинального момента), к нагрузке МС, или пренебрегая им в случае его малости (<5% от номинального момента).

Номинальный электромагнитный момент Мном:

 

.

 

Номинальный момент на валу МВном:

 

.

 

Тогда момент потерь вращения DМ:

 

.

 

На рисунке 9 приведен примерный вид статических механических характеристик ДПТ НВ.

 

 

1 – естественная;

2 – искусственная при пониженном напряжении на якоре;

3 – реостатная;

4 – искусственная при ослаблении потока

 

Рисунок 9 – Статические механические характеристики ДПТ НВ

 


Контрольные вопросы

 

1. Что показывает статическая механическая характеристика двигателя постоянного тока с независимым возбуждением?

2. Записать выражение естественной механической характеристики двигателя постоянного тока с независимым возбуждением и проанализировать его.

3. В чем разница между моментом электромагнитным и моментом на валу двигателя? Как они соотносятся, например, в двигательном режиме работы?

4. Как изменится механическая и электромеханическая характеристика при ослаблении потока двигателя? Начертить эти характеристики.

5. В каких квадрантах плоскости {w, М} изображают статические характеристики в тормозных режимах работы (генераторное торможение, торможение противовключением)? Начертить эти характеристики.

6. Как изменится жесткость статической механической характеристики ДПТ с НВ, если в цепь якоря ввести добавочное сопротивление равное сопротивлению якоря?

7. Пояснить работу универсального лабораторного стенда при работе исследуемого двигателя в режиме торможения противовключением.

8. С какой целью в цепь якоря вводят дополнительное сопротивление при торможении двигателя противовключением?

9. Как графически определить требуемое добавочное сопротивление, включаемое в цепь якоря, для обеспечения работы двигателя при заданном статическом моменте с требуемой скоростью?

10. Как изменится угловая скорость двигателя, если напряжение на якоре двигателя уменьшить в два раза?

11. Как изменится жесткость статической механической характеристики ДПТ с НВ, если поток возбуждения уменьшить на 20%?

12. Пояснить процессы преобразования энергии в электромашинном агрегате при работе исследуемого двигателя в режиме генераторного торможения.

13. Как изменится показание амперметра, который контролирует ток якоря, при увеличении сигнала задания частоты инвертора (предварительно исследуемый двигатель работал в двигательном режиме работы)?

 

 


Рекомендуемая литература

1. Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 416 с.: ил.

 

2. Основы автоматизированного электропривода: Учеб. пособие для вузов/ М.Г. Чиликин, М.М. Соколов, В.М. Терехов, А.В. Шинянский. – М.: Энергия, 1974. – 568с.: ил.

 

3. Чиликин М.Г. Теория автоматизированного электропривода: Учеб. пособие для вузов / Чиликин М.Г., Ключев В.И., Сандлер А.С. – М.: Энергия, 1979. – 616с.: ил.

 

ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ МЕХАНИЧЕСКИХ И







Дата добавления: 2015-10-15; просмотров: 258. Нарушение авторских прав

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.013 сек.) русская версия | украинская версия