Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги / Теория электропривода.-1

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

20.11.2023

Размер:

3.79 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 3210 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

ростью в точке 1 оказывается выше приложенного к нему напряжения, и момент становится тормозным из-за изменения направления тока якоря. Генераторный режим торможения из точки 2 вновь переходит в двигательный по искусственной механической характеристике в точку 3.

Аналогичное изменение знака момента двигателя происходит при переходе режима с ослаблением потока (из т. 4) на естественную механическую характеристику (схема из т. 4 в т. 5 генераторного режима и далее до т. 1).

Генераторный режим возможен при тормозном спуске груза (активном моменте сопротивления) в подъемных установках со скоростями выше синхронной. Этот переход в новый режим показан на рис. 4.11 по схеме 1–6–7–8–9. Из двигательного режима подъема изменяется знак приложенного к якорю напряжения с введением в якорную цепь добавочного сопротивления для ограничения тока. Тормозной момент двигателя снижает скорость до останова и меняет направление вращения якоря. Для ограничения дальнейшего разгона двигателя в сторону спуска груза осуществляется перевод режима на естественную механическую характеристику (т. 8) выводом добавочного сопротивления. Под действием активного момента на валу двигатель переходит в генераторный режим со скоростью спуска в т. 9.

4.2.6.2. Торможение противовключением

Противовключением называется режим, когда двигатель включен для одного направления вращения, а якорь его под действием внешнего момента или инерции вращается в противоположную сторону. При этом момент двигателя противодействует движению.

При изменении направления вращения меняется знак противоЭДС двигателя, она совпадает с питающим напряжением, и ток якоря определяется выражением

Iя = −	U + E	.	(4.15)

	Rя + Rд

Для ограничения тока якоря до приемлемого значения в этом режиме в цепь якоря необходимо вводить добавочное сопротивление Rд .

Уравнение баланса мощностей получим умножением уравнения электрического равновесия якорной цепи на ток с учетом его знака:

(–U) · (–I) = E · (–I) + (–I) · (Rя + Rд) · (–I)

или

Р1 = –Р2 + ∆Р,

(4.16)

где Р1 > 0 – к двигателю со стороны сети подводится мощность;

Р2 < 0 – к двигателю подводится мощность со стороны вала механизма. Вся эта мощность рассеивается в виде тепла в сопротивлениях якорной цепи. Очевидно, при таком преобразовании энергии η = 0, так как полезно используемой энергии здесь нет.

Режим противовключения может использоваться при активном моменте сопротивления для тормозного спуска груза. Если в цепь якоря двигателя, поднимающего груз, включить большое добавочное сопротивление, двигатель окажется работающим на искусственной характеристике с большой крутизной, на которой при скорости переключения (т. 10 на рис. 4.10) момент, развиваемый двигателем, будет меньше статического Мс и двигатель будет замедляться и остановится в т. 11, затем под действием груза начнет вращаться в противоположном направлении. Установившаяся скорость тормозного спуска будет в т. 12.

Режим торможения противовключением часто используется в реверсивных приводах для быстрого реверса двигателя или остановки. Если на якоре двигателя, работающего

в условном направлении «Вперед», поменять полярность напряжения, то он перейдет в режим торможения противовключением. Начнется интенсивное торможение электропривода. Для ограничения тока в якорную цепь при этом приходится вводить добавочное сопротивление. Если необходимо снизить скорость двигателя до нуля, то при ω, близкой к нулю, с помощью схемы управления якорь двигателя отключают от сети. В противном случае двигатель будет разгоняться до нового установившегося режима в направлении «Назад».

Если требуется реверс и момент двигателя в т. 13 больше Мс, знак которого скачком изменится на противоположный, произойдет изменение направления вращения и разгон двигателя производится по реостатной пусковой диаграмме, как описано в 4.2.2.

Возможен реверс электродвигателя и за счет изменения полярности напряжения на обмотке возбуждения. Однако инерционность процессов в цепи обмотки возбуждения намного больше, чем в цепи якоря. Это замедляет процесс реверса.

4.2.6.3. Динамическое торможение

Суть этого способа торможения заключается в том, что якорь отключается от сети и замыкается на тормозное сопротивление Rд, а обмотка возбуждения остается подключенной к сети. Возможен способ динамического торможения с самовозбуждением, когда обмотка возбуждения подключается к якорю (применяется в качестве аварийного при отключении источников питания). Добавочное сопротивление вводят для ограничения величины тока якоря по условиям коммутации или по допустимым ускорениям.

Вследствие того, что ЭДС двигателя по направлению остается такой же, как и до торможения, а напряжение к якорю не приложено, ток, протекающий под действием этой ЭДС, определим из уравнения равновесия

Рис. 4.12. Механические характеристики при динамическом торможении

U = Е + I · (Rя + Rд) = 0 как I =	−Е	.	(4.17)

	R + R
	я д
Поскольку ток меняет направление,	момент,		развивае-

мый двигателем, является тормозным.

Баланс мощностей для этого способа торможения полу-

чим из соотношения 0 · (–I) = E · (–I) + (–I) · (Rя + Rд) · (–I),

откуда Р1 = 0 = –Р2 + ∆Р, т.е. вся механическая энергия, поступающая на вал двигателя, преобразуется в электрическую и расходуется на нагрев элементов якорной цепи.

Семейство механических характеристик, соответствующих различным сопротивлениям, на которые замкнут якорь, приведено на рис. 4.12.

Все они проходят через начало координат. Наиболее интенсивное торможение получается при замыкании якоря накоротко. При этом ха-

рактеристика динамического торможения будет параллельна естественной. Однако по условиям ограничения первоначального броска тока замыкание якоря накоротко допустимо только при торможении на малых скоростях.

Процесс торможения привода с целью остановки показан на рис. 4.12 стрелками от установившегося режима в т. 1 по двум искусственным и естественной механическим характеристикам.

Обычно динамическое торможение осуществляется при номинальном потоке и применяется в приводах, требующих точной остановки.

Динамическое торможение используется, в частности, в подъемных механизмах при спуске грузов. Например, при

работе двигателя на искусственной характеристике с дополнительным сопротивлением Rд1 и моменте Мс, создаваемом грузом, как показано на рис. 4.12, будет происходить спуск груза со скоростью ωт .

С энергетической точки зрения динамическое торможение выгоднее режима противовключения, так как в процессе торможения из сети потребляется энергия только цепью возбуждения.

Динамическое торможение обеспечивает плавность торможения, является надежным, при этом можно получить характеристики с малой крутизной. Недостатком является уменьшение тормозного момента двигателя по мере снижения скорости, т.е. при снижении скорости оно становится малоэффективным.

4.3. Электромеханические и механические характеристики двигателей последовательного возбуждения

У двигателя постоянного тока последовательного возбуждения (ДПТ ПВ) обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря, поэтому ток обмотки якоря является одновременно и током обмотки возбуждения.

Поскольку физические процессы, протекающие в двигателях постоянного тока, аналогичны, то механическая и электромеханическая характеристики ДПТ ПВ описываются теми же уравнениями, что и для ДПТ НВ, с той лишь разницей, что поток является функцией тока якоря Ф = f(I) и сопротивление якорной цепи является суммой сопротивлений обмотки якоря и обмотки возбуждения:

ω=

k f (I ) U

k f (I )

=		U		−		Rя	I,
		k f	(I )			k f (I )
							(4.18)
		Rя
−					M ,
	k2 f 2 (I )

где Rя – полное сопротивление якорной цепи, как и для ДПТ НВ, включая и сопротивление обмотки последовательного возбуждения.

Выражения (4.18) нелинейны, поэтому ими нельзя пользоваться для аналитическх расчетов и для построения естественных и искусственных характеристик ω = f(I) и ω = f(М). Нелинейность Ф = f(I) – кривая намагничивания двигателя не описывается аналитически или описывается приближенно.

С целью общего аналитического исследования сделаем допущение о линейности кривой намагничивания двигателя, предполагая, что электродвигатель работает без насыщения магнитной цепи, когда

Ф = kн · I, М = k · Ф · I = k · kн · I2.

(4.19)

На рис. 4.13 показана линеаризация кривой намагничивания двигателя.

С учетом сделанного допущения уравнение электромеханической характеристики ДПТ ПВ преобразуется в уравнение смещенной гиперболы (рис. 4.14):

ω=	U	−		Rя	I,
	k kн I			k kн I
или в общем виде
	ω=	А	− B.		(4.20)
		I

Подставляя в (4.20) зависимость момента от тока, получим уравнение механической характеристики также гиперболического характера:

ω=	U	− В =	А1	− В.	(4.21)
	k kн М		М

Рис. 4.13. Линеаризация кривой	Рис. 4.14. Электромеханическая
намагничивания ДПТ	характеристика ДПТ ПВ

В реальных ДПТ ПВ из-за насыщения магнитной системы гиперболический характер механических и электромеханических характеристик существенно искажается.

Особенностью электромеханической и механической характеристик ДПТ ПВ является то, что они нелинейны при малых нагрузках (I ≤ Iгр). При токах якоря двигателя, больших номинального значения, поток двигателя практически стабилизируется (Ф ≈ Фнас), и на этом участке его электромеханическая характеристика близка к линейной. Скорость двигателя уменьшается лишь за счет падения напряжения в якорной цепи.

По уравнениям (4.20) и (4.21) характеристики теоретически не имеют скорости идеального холостого хода. На практике за счет остаточного потока намагничивания Фост = (0,02...0,09)Фн скорость не возрастает до бесконечности, однако может в 5–7 раз превышать номинальное значение. Поэтому ДПТ ПВ нельзя включать без нагрузки во избежание их разрушения от центробежных сил, и соединение двигателя с рабочим механизмом следует выполнять при помощи жесткой передачи.

ДПТ ПВ широко применяются в электротяге (магистральный, городской и внутризаводской электротранспорт), а также для электропривода грузоподъемных механизмов, особенно для лебедок специальных кранов в металлургических цехах, так как:

–при малых нагрузках на валу обеспечивает подъем груза с большой скоростью;

–требуют меньшего числа троллеев для подвода электропитания, например электроприводы трамваев;

–имеют большую перегрузочную способность по мо-

менту;

–эти двигатели более надежны, не боятся снижения напряжения в питающей сети;

– мягкость механической характеристики (особенно в области малых нагрузок) обеспечивает при резких пиках нагрузки автоматическое снижение скорости, разряжая запас кинетической энергии без применения сложных регулирующих устройств.

4.3.1. Расчет электромеханической и механической характеристик ДПТ ПВ

Уравнения (4.20) и (4.21) не позволяют произвести расчет статических электромеханических и механических характеристик ДПТ ПВ, так как отсутствует информация для определения конструктивного коэффициента k двигателя и коэффициента пропорциональности kн между током и потоком кривой намагничивания двигателя.

В связи с этим в большинстве практических случаев применяют естественные механические и электромеханические характеристики, приводимые в каталогах. При их отсутствии для электрических машин какой-либо одной серии, например для машин МП, ДП, Д-800, механические (электромеханические) характеристики которых в относительных

единицах совпадают, используют так называемые универсальные естественные характеристики, приведенные на рис. 4.15.

Рис. 4.15. Универсальные характеристики ДПТ ПВ

Для построения искусственных электромеханических характеристик используется метод граничной характеристики.

Уравнение естественной электромеханической характеристики двигателя постоянного тока:

	U − I R	U			I R
ω=	я =		1	−	я	.
ω=	я =	k Ф	1	−	U	.
	k Ф	k Ф			U

Если Rя = 0, это уравнение будет вида ωгр = kUФ,

(4.22)

и со-

ответствующая характеристика называется граничной. Пологая, что на естественной и граничной характеристиках величина тока одна и та же, можно записать

ω = ω	U		= ω	U	.

гр	U − I	Rя		Едв

Как следует из этого выражения, для нахождения точек граничной характеристики необходимо значения скорости на естественной характеристике умножить на отношение напряжения сети к ЭДС двигателя при данном токе.

Уравнение искусственной электромеханической характеристики при введенном в цепь якоря дополнительном сопротивлении Rд будет вида

U − I (R + R

)

I (R + R

)

ω =

1−

. (4.23)

k Ф

При делении (4.23) на (4.22) получим

U − I (Rя + Rд )

U − I R

Отсюда

U − I (Rя + Rд )

ω = ω

(4.24)

U − I Rя

или в относительных единицах

νи = ν

1−i ρи

(4.25)

1−i ρ

где ρи =

Rя + Rд

– суммарное сопротивление якорной цепи

Rя

в относительных единицах.

ρ =

Rя

; ν

ωи

;

ν =

; i =

Порядок построения искусственной электромеханической характеристики:

– задаваясь некоторыми произвольными значениями тока i, по имеющейся каталожной естественной характеристике находят ν;

100

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910 / 3210 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги